Basalomsättning

Metabolic rate är ämnesomsättningshastigheten, dvs. den mängd energi som ett djur använder per tidsenhet. Basal metabolisk hastighet (BMR) är den mängd energi som djur använder dagligen i vila.

Ungefär 70 % av människans totala energiförbrukning beror på de grundläggande livsprocesserna i kroppens organ (se tabell). Ungefär 20 % av energianvändningen kommer från fysisk aktivitet och ytterligare 10 % från matsmältningen efter att ha ätit.

Alla dessa processer kräver ett syreintag för att ge energi för överlevnad, vanligtvis från makronäringsämnen som kolhydrater, fetter och proteiner. Krebscykeln producerar energirika ATP-molekyler och avger koldioxid.

Bearbetning av livsmedel efter att de har ätits använder kemisk energi och producerar viss värme.

Basalmetabolism

Basalmetabolismen är vanligtvis den överlägset största delen av den totala energiförbrukningen. Energiförbrukningen i detta tillstånd räcker endast till för att de vitala organen, hjärtat, lungorna, nervsystemet, njurarna, levern, tarmarna, könsorganen, musklerna och huden ska fungera.

Biokemi

När det gäller BMR förbrukas det mesta av energin för att upprätthålla vätskehalterna i vävnaderna genom osmos, och endast ungefär en tiondel förbrukas för mekaniskt arbete, t.ex. matsmältning, hjärtslag och andning.

Det som gör det möjligt för Krebscykeln att utföra metaboliska förändringar av fetter, kolhydrater och proteiner är energi, som kan definieras som förmågan eller kapaciteten att utföra arbete.

Nedbrytning av stora molekyler till mindre molekyler - i samband med att energi frigörs - är katabolism. Nedbrytningen av proteiner till aminosyror är ett exempel på katabolism. Kroppsvärme hos varmblodiga djur produceras genom kemiska reaktioner av katabolisk typ.

Denna uppbyggnadsprocess kallas anabolism. Bildandet av proteiner från aminosyror är en anabolisk process.

Adenosintrifosfat (ATP) är den mellanliggande molekyl som driver överföringen av energi som används vid muskelkontraktion. ATP är en högenergimolekyl eftersom den lagrar stora mängder energi i de kemiska bindningarna mellan de två terminala fosfatgrupperna. När dessa kemiska bindningar bryts i Krebscykeln får man den energi som behövs för muskelkontraktionen.

Individuella skillnader

Ämnesomsättningen varierar mellan olika individer. I en studie av 150 vuxna som var representativa för befolkningen i Skottland rapporterades basalmetabolism från så lite som 1027 kcal per dag (4301 kJ) till så mycket som 2499 kcal (10455 kJ). Genomsnittet var 1 500 kcal (6279 kJ) per dag.

Forskarna beräknade att 62,3 % av denna variation förklarades av skillnader i massa (vikt) minus fettreserver. Andra faktorer var mängden fett (6,7 %), ålder (1,7 %) och experimentella fel inklusive skillnader inom ett ämne (2 %). Resten av variationen (26,7 %) var oförklarad.

Det finns alltså skillnader i BMR även när man jämför två personer med samma muskelmassa. De 5 % av människorna som har den högsta BMR-nivån omsätter energi 28-32 % snabbare än de personer som har den lägsta BMR-nivån på 5 %. I en studie rapporterades till exempel ett extremfall där två personer med samma muskelmassa på 43 kg hade BMR på 1075 kcal/dag (4,5 MJ) respektive 1790 kcal/dag (7,5 MJ). Denna skillnad på 715 kcal (67 %) motsvarar att en av personerna genomförde en 10-kilometers löpning varje dag.

Den ursprungliga grafen över kroppsstorlek i förhållande till ämnesomsättning, handritad av Max Kleiber (1947).

Diagram över ämnesomsättning (kcal/timme) i förhållande till kroppsmassa (g) i breda taxonomiska grupper. Anpassad från Hemmingsen 1960.

Skalningseffekter

Ämnesomsättningen varierar beroende på djurets storlek, och detta har diskuterats i över hundra år.

Diagrammen visar att :

Däggdjurens ämnesomsättning är en regelbunden funktion av deras kroppsstorlek, och
Funktionen skiljer sig avsevärt från en direkt funktion av deras kroppsytor.
På en log-log skala bildar däggdjurens ämnesomsättning i förhållande till kroppsstorleken en rak linje med en lutning på ungefär 0,75.
Senare forskning visade att liknande förhållanden gäller för kallblodiga djur och protister.