Metabolisk hastighed

Stofskiftehastighed er stofskiftet, dvs. den mængde energi, som et dyr bruger pr. tidsenhed. Basalstofskiftet (BMR) er den mængde energi, som dyr bruger dagligt i hvile.

Omkring 70 % af menneskets samlede energiforbrug skyldes de basale livsprocesser i kroppens organer (se tabel). Ca. 20 % af energiforbruget stammer fra fysisk aktivitet og yderligere 10 % fra fordøjelsen af fødevarerne efter spisning.

Alle disse processer kræver et iltoptag for at tilvejebringe energi til overlevelse, som regel fra makronæringsstoffer som kulhydrater, fedtstoffer og proteiner. Krebscyklusen producerer energirige ATP-molekyler og afgiver kuldioxid.

Forarbejdning af fødevarer efter spisning bruger kemisk energi og producerer noget varme

Basalstofskifte

Basalstofskiftet er normalt langt den største del af det samlede energiforbrug. Frigivelsen og anvendelsen af energi i denne tilstand er kun tilstrækkelig til at få de vitale organer, hjerte, lunger, nervesystem, nyrer, lever, lever, tarm, kønsorganer, muskler og hud til at fungere.

Biokemi

For BMR forbruges det meste af energien til at opretholde væskeniveauet i vævene gennem osmose, og kun omkring en tiendedel forbruges til mekanisk arbejde, såsom fordøjelse, hjerteslag og vejrtrækning.

Det, der gør det muligt for Krebs-cyklusen at foretage metaboliske ændringer af fedt, kulhydrater og proteiner, er energi, som kan defineres som evnen eller kapaciteten til at udføre arbejde.

Nedbrydning af store molekyler til mindre molekyler - i forbindelse med frigivelse af energi - er katabolisme. Nedbrydningen af proteiner til aminosyrer er et eksempel på katabolisme. Kropsvarme hos varmblodede dyr produceres ved kemiske reaktioner af katabolisme-typen.

Denne opbygningsproces kaldes anabolisme. Dannelsen af proteiner fra aminosyrer er en anabolsk proces.

Adenosintrifosfat (ATP) er det mellemliggende molekyle, der styrer overførslen af den energi, der bruges i muskelsammentrækningen. ATP er et højenergimolekyle, fordi det lagrer store mængder energi i de kemiske bindinger mellem de to terminale fosfatgrupper. Bruddet af disse kemiske bindinger i Krebs-cyklussen giver den energi, der er nødvendig for muskelsammentrækningen.

Individuelle forskelle

Stofskiftet varierer fra person til person. En undersøgelse af 150 voksne, der var repræsentative for befolkningen i Skotland, rapporterede om basalstofskifte fra så lavt som 1027 kcal pr. dag (4301 kJ) til så højt som 2499 kcal (10455 kJ). Gennemsnittet var 1500 kcal (6279 kJ) pr. dag.

Forskerne beregnede, at 62,3 % af denne variation blev forklaret af forskelle i masse (vægt) minus fedtreserverne. Andre faktorer var mængden af fedt (6,7 %), alder (1,7 %) og eksperimentelle fejl, herunder forskelle inden for samme forsøgsperson (2 %). Resten af variationen (26,7 %) var uforklaret.

Der er altså forskelle i BMR, selv når man sammenligner to personer med den samme muskelmasse. De øverste 5 % af personerne forbrænder energien 28-32 % hurtigere end personer med de 5 % laveste BMR-værdier. I en undersøgelse blev der f.eks. rapporteret om et ekstremt tilfælde, hvor to personer med den samme magre kropsmasse på 43 kg havde BMR på henholdsvis 1075 kcal/dag (4,5 MJ) og 1790 kcal/dag (7,5 MJ). Denne forskel på 715 kcal (67 %) svarer til, at den ene af personerne gennemfører en 10 km løb hver dag.

Den originale graf over kropsstørrelse i forhold til stofskiftet, håndtegnet af Max Kleiber (1947).

Graf over stofskiftehastighed (kcal/time) i forhold til kropsmasse (g) på tværs af brede taksonomiske grupper. Tilpasset fra Hemmingsen 1960.

Skaleringseffekter

Stofskiftehastigheden varierer alt efter dyrenes størrelse, og dette har været diskuteret i over et århundrede.

Graferne viser, at :

Pattedyrs stofskifte er en regelmæssig funktion af deres kropsstørrelse, og
Funktionen er væsentligt forskellig fra en direkte funktion af deres kropsoverflade.
På en log-log-skala danner pattedyrs stofskifte i forhold til deres kropsstørrelse en lige linje med en hældning på ca. 0,75.
Senere forskning viste, at lignende forhold gælder for "koldblodede" dyr og protister.