बेसल चयापचय: ​​यह क्या है, इसकी गणना कैसे की जाती है और प्रासंगिक डेटा - जीवविज्ञान - 2025

बेसल चयापचय शरीर के माध्यम से जो एक जानवर महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं बनाए रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा की न्यूनतम राशि खर्च करता है में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सेट के रूप में परिभाषित किया जा सकता। यह राशि आमतौर पर किसी पशु के कुल ऊर्जा बजट का 50% या उससे अधिक का प्रतिनिधित्व करती है।

बेसल चयापचय को समय की प्रति यूनिट ऊर्जा व्यय के मानकीकृत उपायों द्वारा निर्धारित किया जाता है। सबसे आम मानक चयापचय दर (टीएमएस) और बेसल चयापचय दर (बीएमआर) हैं।

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टीएमएस को सबसे अधिक मछली, मोलस्क, उभयचर और सरीसृप जैसे ठंडे खून वाले जानवरों में मापा जाता है। टीएमबी को गर्म रक्त वाले जानवरों, जैसे पक्षियों और स्तनधारियों में मापा जाता है।

चयापचय दर के मापन की इकाइयाँ

टीएमएस और बीएमआर को आमतौर पर ओ ₂ खपत (एमएल), कैलोरी (कैल), किलोकलरीज (किलो कैलोरी), जूल (जे), किलोजूल (केजे), या वाट (डब्ल्यू) के रूप में व्यक्त किया जाता है ।

एक कैलोरी को 1 ° C से 1 g पानी के तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है। एक कैलोरी 4,186 जूल के बराबर होती है। जूल ऊर्जा का मूलभूत माप (SI, International System) है। वाट, जो 1 जूल प्रति सेकंड के बराबर है, ऊर्जा हस्तांतरण और परिवर्तन दर का मौलिक (SI) उपाय है।

बेसल चयापचय को मापने के लिए शर्तें

यह सुनिश्चित करने के लिए कि विभिन्न अध्ययनों द्वारा प्राप्त मूल्य तुलनीय हैं, टीएमएस और बीएमआर के माप के लिए आवश्यक है कि प्रायोगिक जानवर आराम और उपवास पर हों। टीएमबी के मामले में, इन जानवरों को भी अपने थर्मोन्यूट्रल ज़ोन में होना आवश्यक है।

एक जानवर को आराम से माना जाता है यदि वह अपने सामान्य दैनिक चक्र के निष्क्रिय चरण में है, बिना सहज आंदोलनों के, और बिना शारीरिक या मनोवैज्ञानिक तनाव के।

एक जानवर को उपवास माना जाता है अगर यह एक तरह से भोजन को पचा नहीं रहा है जो गर्मी उत्पन्न करता है।

एक जानवर को अपने थर्मोन्यूट्रल ज़ोन में माना जाता है यदि, प्रयोगों के दौरान, उसे तापमान सीमा के भीतर रखा जाता है, जिसके भीतर उसके शरीर का गर्मी उत्पादन अपरिवर्तित रहता है।

Tms और tmb को मापने के लिए रेस्पिरोमेट्रिक तरीके

- आयतन या स्थिर दाब श्वासप्रणाली। जानवर को एक सील कंटेनर में रखा जाता है। जानवर द्वारा ओ ₂ की खपत के कारण दबाव में परिवर्तन होता है, इसे एक मैनोमीटर के माध्यम से निरंतर तापमान पर मापा जाता है। पशु द्वारा निर्मित CO ₂ को KOH या एस्केराइट के उपयोग से रासायनिक रूप से समाप्त किया जाता है।

यदि एक वारबर्ग रेस्पिरोमीटर का उपयोग किया जाता है, तो कंटेनर के वॉल्यूम को स्थिर रखते हुए दबाव परिवर्तन को मापा जाता है। यदि गिलसन रेस्पिरोमीटर का उपयोग किया जाता है, तो दबाव को स्थिर रखकर आयतन में परिवर्तन को मापा जाता है।

- गैस विश्लेषण। वर्तमान में प्रयोगशाला उपकरणों की एक महान विविधता है जो ओ ₂ और सीओ ₂ सांद्रता के प्रत्यक्ष मात्रा का ठहराव की अनुमति देती है । यह उपकरण बहुत सटीक है और स्वचालित निर्धारण की अनुमति देता है।

Tms और tmb को मापने के लिए कैलोरीमीटर तरीके

- बम कैलोरीमीटर। ऊर्जा की खपत का अनुमान उस भोजन के पके हुए अवशेष (मल और मूत्र) के समतुल्य नमूने के दहन से उत्पन्न ऊष्मा के नमूने के दहन से उत्पन्न ऊष्मा की तुलना करके लगाया जाता है।

- प्रत्यक्ष कैलोरीमीटर। इसमें सीधे नमूने के दहन लौ से उत्पन्न गर्मी को मापने के होते हैं।

- अप्रत्यक्ष कैलोरीमीटर। यह ओ ₂ खपत और सीओ ₂ उत्पादन की तुलना करके गर्मी उत्पादन को मापता है । यह गर्मी के लगातार योग के हेस के नियम पर आधारित है, जिसमें कहा गया है कि रासायनिक प्रतिक्रिया में केवल अभिकारक और उत्पादों की प्रकृति के आधार पर गर्मी की मात्रा जारी की जाती है।

- धीरे-धीरे कैलोरीमीटर। यदि एक हीट फ्लक्स Q मोटाई G, क्षेत्र A और ताप चालकता C की सामग्री से गुजरता है, तो परिणाम एक तापमान ढाल है जो G के साथ बढ़ता है और A और C से घटता है। इससे ऊर्जा व्यय की गणना करना संभव हो जाता है।

- विभेदक कैलोरीमीटर यह प्रायोगिक पशु और आसन्न निर्बाध कक्ष वाले कक्ष के बीच ऊष्मा प्रवाह को मापता है। दो कक्ष उन सतह को छोड़कर थर्मल रूप से अछूते हैं, जो उनके साथ जुड़ते हैं, जिसके माध्यम से वे गर्मी का आदान-प्रदान करते हैं।

बेसल चयापचय और शरीर का आकार

टीएमएस और बीएमआर जानवरों के आकार के साथ अलग-अलग होते हैं। इस संबंध को चयापचय वृद्धि के रूप में जाना जाता है। अवधारणा को बहुत भिन्न आकार के दो शाकाहारी स्तनधारियों की तुलना करके आसानी से समझा जा सकता है, जैसे कि खरगोश और हाथी।

यदि हम एक सप्ताह के लिए खाने वाले पत्ते की मात्रा निर्धारित करते हैं, तो हम पाएंगे कि खरगोश हाथी की तुलना में बहुत कम खाता है। हालांकि, पहले खाए गए पत्ते का द्रव्यमान अपने शरीर के द्रव्यमान से बहुत अधिक होगा, जबकि दूसरे के मामले में यह चारों ओर का दूसरा तरीका होगा।

यह असमानता इंगित करती है कि, आनुपातिक रूप से उनके आकार के अनुसार, दोनों प्रजातियों की ऊर्जा आवश्यकताएं अलग-अलग हैं। सैकड़ों जानवरों की प्रजातियों के अध्ययन से पता चलता है कि यह विशेष अवलोकन टीएमएस और बीएमआर के संदर्भ में मेटाबॉलिक एस्केलेशन क्वांटिफिएबल के सामान्य पैटर्न का हिस्सा है।

उदाहरण के लिए, 100 ग्राम स्तनधारियों का औसत BMR (2200 J / h) दस गुना नहीं है, बल्कि केवल 5.5 गुना है, जो 10 ग्राम स्तनधारियों के औसत BMR (400 J / h) से अधिक है। इसी तरह, 400 ग्राम (4940 J / h) का औसत स्तनधारी बीएमआर चार गुना नहीं है, बल्कि केवल 2.7 गुना, 100 ग्राम के औसत स्तनधारी बीएमआर से अधिक है।

मेटाबोलिक स्केलिंग का एलामेट्रिक समीकरण

संबंध टीएमएस (या टीएमबी), टी द्वारा दर्शाया गया है, और शरीर द्रव्यमान, एम द्वारा दर्शाया गया है, एक जानवर के जैविक समीकरण के शास्त्रीय समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है, टी = ए × एम ^बी, जिसमें ए और बी स्थिरांक हैं।

इस समीकरण के लिए फिट गणितीय रूप से बताते हैं कि टीएमएस और बीएमआर जानवरों के द्रव्यमान के अनुपात में भिन्न क्यों नहीं हैं। दोनों पक्षों पर लघुगणक लागू करते हुए, समीकरण को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है

log (T) = log (a) + b × log (M), लॉग (ए) और बी का अनुमान एक जानवर समूह की कई प्रजातियों के लॉग (टी) और लॉग (एम) के प्रयोगात्मक मूल्यों के बीच रैखिक प्रतिगमन विश्लेषण से लगाया जा सकता है। निरंतर लॉग (ए) ऊर्ध्वाधर अक्ष पर प्रतिगमन रेखा का कट-ऑफ बिंदु है। इसके भाग के लिए, बी, जो कि उक्त रेखा का ढलान है, सममितीय स्थिरांक है।

यह पाया गया है कि कई पशु समूहों का औसत एलामेट्रिक निरंतर 0.7 के करीब हो जाता है। लॉग (ए) के मामले में, इसके मूल्य जितना अधिक होगा, विश्लेषण के तहत पशु समूह की चयापचय दर उतनी ही अधिक होगी।

बेसल चयापचय, परिसंचरण और श्वसन

आकार के संबंध में टीएमएस और बीएमआर की आनुपातिकता की कमी का कारण बनता है कि छोटे जानवरों को बड़े जानवरों की तुलना में शरीर के द्रव्यमान के प्रति ग्राम ओ ₂ की अधिक आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, व्हेल ऊतक के एक ग्राम की ऊर्जा व्यय दर, होमोलॉगस माउस ऊतक के एक ग्राम की तुलना में बहुत कम है।

बड़े और छोटे स्तनधारियों के शरीर के द्रव्यमान के संबंध में समान आकार के दिल और फेफड़े होते हैं। इस कारण से, बाद के ऊतकों में पर्याप्त ओ ₂ ले जाने के लिए बाद के हृदय और फेफड़ों के संकुचन दर पूर्व की तुलना में बहुत अधिक होने की आवश्यकता होती है।

उदाहरण के लिए, प्रति मिनट दिल की धड़कन की संख्या एक हाथी में 40, एक वयस्क मानव में 70 और एक माउस में 580 होती है। इसी तरह, मनुष्य लगभग 12 बार सांस लेते हैं और प्रति मिनट 100 बार चूहे।

एक ही प्रजाति के भीतर, ये पैटर्न विभिन्न आकारों के व्यक्तियों के बीच भी देखे जाते हैं। उदाहरण के लिए, वयस्क मनुष्यों में मस्तिष्क कुल चयापचय व्यय के लगभग 20% के लिए जिम्मेदार होता है, जबकि 4 से 5 वर्ष की आयु के बच्चों में, यह खर्च 50% तक पहुँच जाता है।

बेसल चयापचय और दीर्घायु

स्तनधारियों में, मस्तिष्क और शरीर के आकार और बेसल चयापचय समीकरण द्वारा दीर्घायु से संबंधित हैं

L = 5.5 × C ^0.54 × M ^-0.34 × T ^-0.42, जहां एल महीनों में दीर्घायु होता है, सी ग्राम में मस्तिष्क द्रव्यमान होता है, एम ग्राम में शरीर द्रव्यमान होता है, और टी प्रति घंटे कैलोरी प्रति ग्राम में बीएमआर होता है।

सी के लिए प्रतिपादक इंगित करता है कि स्तनधारी दीर्घायु का मस्तिष्क के आकार के साथ सकारात्मक संबंध है। एम का प्रतिपादक इंगित करता है कि दीर्घायु का शरीर द्रव्यमान के साथ एक नकारात्मक संबंध है। टी का प्रतिपादक इंगित करता है कि दीर्घायु का चयापचय की गति के साथ नकारात्मक संबंध है।

यह संबंध, हालांकि विभिन्न घातांक के साथ, पक्षियों पर भी लागू होता है। हालांकि, वे समान शरीर द्रव्यमान के स्तनधारियों की तुलना में अधिक समय तक जीवित रहते हैं।

चिकित्सा रुचि

गर्भावस्था के दौरान महिलाओं का बीएमआर दोगुना हो सकता है। यह भ्रूण और गर्भाशय संरचनाओं की वृद्धि के कारण ऑक्सीजन की खपत में वृद्धि के कारण होता है, और मातृ परिसंचरण और गुर्दे समारोह के अधिक से अधिक विकास के कारण होता है।

हाइपरथायरायडिज्म के निदान की पुष्टि ऑक्सीजन की खपत में वृद्धि से हो सकती है, अर्थात एक उच्च बीएमआर। ओवरएक्टिव थायराइड के लगभग 80% मामलों में, बीएमआर सामान्य से कम से कम 15% अधिक होता है। हालांकि, एक उच्च बीएमआर अन्य बीमारियों के कारण भी हो सकता है।

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