Основний обмін речовин і вага тіла - відповідь на багатовікову головоломку Medlife
Базальний метаболізм - це мінімальна кількість енергії, яку організм споживає, щоб залишитися в живих, і дослідники хотіли визначити, як він може змінюватися залежно від маси тіла.
Мультидисциплінарна група дослідників зуміла розгадати загадку, яка кидала виклик біологам у минулому столітті: чому базальний метаболізм організму змінюється залежно від маси тіла?
Результати дослідження були опубліковані в "Природа - Наукові звіти", інформує ruvid.org.
Історія загадки, яка століттями кидала виклик вченим-медикам
Доросла людина в стані спокою, в кімнаті з температурою 20 градусів Цельсія, за годину споживає близько однієї калорії на кілограм ваги. Для порівняння, слон спалює половину калорії на кілограм ваги тіла за годину, а лабораторна миша спалює 70 калорій на кілограм одночасно. Як пояснити ці відмінності?
Одним з перших вчених, який спостерігав це явище, був німецький фізіолог Макс Рубнер, який в 1883 р. Вивчав базальний обмін собак різних розмірів.
Тодішня реакція Рубнера вказувала на різницю в теплі тіла, втраченому через шкіру. Оскільки поверхня шкіри змінюється залежно від розміру предмета, а її маса змінюється залежно від розміру, базальний обмін речовин змінюється прямо пропорційно масі тіла при потужності 2/3.
Однак лабораторний експеримент, проведений в 1932 р. На кількох ссавцях під керівництвом Макса Клейбера, показав, що зміни основного метаболізму змінюються прямо пропорційно до маси при 3/4 потужності. В історії медицини нове відкриття відоме як закон Клейбера.
Різниця в результатах від першого до другого дослідження викликала напружені дискусії серед вчених протягом десятиліть. Пошуки пояснення закінчились у 1997 р. Фрактальною моделлю, запропонованою фізиком Джеффрі Вестом, яка пояснює показник рівняння фрактальною формою мереж органу розподілу ресурсів, таких як кровоносна та дихальна системи.
Вимірювання швидкості базального обміну - делікатна і копітка місія
У міру збільшення кількості вимірювань основного метаболізму, із збільшенням кількості лабораторних експериментів на тваринах, фрактальна модель, запропонована Джеффрі Вестом, почала виявляти все більше і більше невідповідностей. Показник 3/4 рівняння виявився неправильним, коли мова йде про менших птахів, комах і навіть деяких ссавців.
В даний час автори статті, нещодавно опублікованої в журналі Scientific Reports, визначили відсутню частину багатовікової загадки в теоретичній моделі астрофізики.
"Коли я писав чергову статтю про фрактали, в якій говорив про закон Клейбера, я зрозумів, що фрактальна модель Веста не відповідає основній проблемі. Теплове пояснення здавалося набагато правдоподібнішим, але ми повинні були це врахувати. і той факт, що енергетична частина не розсіюється, як тепло. Я додав нову перспективу до теплового методу і помітив, що дані ідеально відповідають запропонованій нами теорії.
Згодом ми поширили свою теорію на лабораторні експерименти, проведені на ссавцях та інших живих істотах, і ми зрозуміли, що знайшли пояснення, кажуть дослідники.
Рішення - компроміс між пасивною витратою калорій і мінімальним споживанням енергії живими організмами
Не вся енергія, споживана живим організмом, перетворюється на тепло, повідомляють дослідники.
Одна частина використовується під час процесу поділу клітин, інша частина синтезує білки, підтримує організм і допомагає йому функціонувати.
Якби всю енергію перетворити на тепло, споживання енергії дорівнювало б потужності 2/3, але в цьому випадку це був би простий нагрівальний механізм, як радіатор, а не живий організм.
З іншого боку, якщо вся енергія була спожита ефективно, споживання буде прямо пропорційне кількості клітин, тобто масі, але частина енергії втрачається організмом через нагрівання.
У випадку живих організмів дві крайності знаходяться в рівновазі: зважена сума обох компонентів, одна прямо пропорційна масі М, а друга прямо пропорційна масі М при потужності 2/3.
Зокрема, базальний обмін В варіюється залежно від суми маси тіла та маси тіла на 2/3, що пояснює різницю в основному обміні між ссавцями та іншими живими організмами.