Grundumsatz

Basalmetabolismus

Der Basalmetabolismus ist in der Regel der bei weitem größte Bestandteil des Gesamtenergieverbrauchs. Die Freisetzung und Nutzung von Energie ist in diesem Zustand nur für die Funktion der lebenswichtigen Organe, des Herzens, der Lunge, des Nervensystems, der Nieren, der Leber, des Darms, der Geschlechtsorgane, der Muskeln und der Haut ausreichend.

Biochemie

Für die BMR wird die meiste Energie für die Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsniveaus in den Geweben durch Osmose verbraucht, und nur etwa ein Zehntel wird für mechanische Arbeiten wie Verdauung, Herzschlag und Atmung verbraucht.

Was den Krebszyklus in die Lage versetzt, metabolische Veränderungen an Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen durchzuführen, ist Energie, die als Fähigkeit oder Kapazität zur Arbeit definiert werden kann.

Der Abbau von großen Molekülen in kleinere Moleküle - verbunden mit der Freisetzung von Energie - ist Katabolismus. Der Abbau von Proteinen in Aminosäuren ist ein Beispiel für Katabolismus. Die Körperwärme bei Warmblütern wird durch chemische Reaktionen vom katabolen Typ erzeugt.

Der Aufbauprozess wird als Anabolismus bezeichnet. Die Bildung von Proteinen aus Aminosäuren ist ein anabolischer Prozess.

Adenosintriphosphat (ATP) ist das Zwischenmolekül, das die Übertragung der bei der Muskelkontraktion verwendeten Energie steuert. ATP ist ein energiereiches Molekül, da es große Energiemengen in den chemischen Bindungen der beiden terminalen Phosphatgruppen speichert. Das Aufbrechen dieser chemischen Bindungen im Krebszyklus liefert die für die Muskelkontraktion benötigte Energie.

Individuelle Unterschiede

Die Stoffwechselrate variiert zwischen Individuen. Eine Studie mit 150 Erwachsenen, die für die Bevölkerung in Schottland repräsentativ sind, berichtete von einem Grundumsatz von 1027 kcal pro Tag (4301 kJ) bis zu 2499 kcal (10455 kJ). Der Durchschnitt lag bei 1500 kcal (6279 kJ) pro Tag.

Die Forscher berechneten, dass 62,3% dieser Variation durch Unterschiede in der Masse (Gewicht) abzüglich der Fettreserven erklärt werden konnten. Weitere Faktoren waren die Fettmenge (6,7 %), das Alter (1,7 %) und der experimentelle Fehler einschließlich der Unterschiede innerhalb der Testpersonen (2 %). Der Rest der Variation (26,7%) war unerklärt.

Es gibt also selbst dann Unterschiede in der BMR, wenn zwei Personen mit der gleichen mageren Körpermasse verglichen werden. Die obersten 5% der Menschen metabolisieren Energie 28-32% schneller als Personen mit den niedrigsten 5% BMR. In einer Studie wurde zum Beispiel über einen Extremfall berichtet, in dem zwei Personen mit derselben mageren Körpermasse von 43 kg eine BMR von 1075 kcal/Tag (4,5 MJ) und 1790 kcal/Tag (7,5 MJ) hatten. Diese Differenz von 715 kcal (67%) entspricht einer der Personen, die täglich einen 10-Kilometer-Lauf absolvieren.

Die von Max Kleiber (1947) handgezeichnete Originalgrafik von Körpergröße versus Stoffwechselrate.


Grafik der metabolischen Rate (kcal/h) im Vergleich zur Körpermasse (g) über breite taxonomische Gruppen. Übernommen von Hemmingsen 1960.

Skalierungseffekte

Die Stoffwechselraten variieren je nach Tiergröße, und dies wird seit über einem Jahrhundert diskutiert.

Die Grafiken zeigen, dass :

1. Die Stoffwechselrate von Säugetieren ist eine regelmäßige Funktion ihrer Körpergröße, und
2. Die Funktion unterscheidet sich signifikant von einer direkten Funktion ihrer Körperoberflächen.
3. Auf einer log-log-Skala bildet der Stoffwechsel von Säugetieren in Abhängigkeit von ihrer Körpergröße eine gerade Linie mit einer Steigung von etwa 0,75.
4. Spätere Untersuchungen zeigten, dass ähnliche Beziehungen auch für "kaltblütige" Tiere und Protisten gelten.