MÉTABOLISME BASAL: QU'EST-CE QUE C'EST, COMMENT IL EST CALCULÉ ET DONNÉES PERTINENTES - LA BIOLOGIE - 2025

Le métabolisme basal peut être défini comme l'ensemble des réactions chimiques dans le corps par lesquelles un animal dépense la quantité minimale d'énergie nécessaire pour maintenir les processus vitaux. Ce montant représente généralement 50% ou plus du budget énergétique total d'un animal.

Le métabolisme basal est quantifié par des mesures standardisées de la dépense énergétique par unité de temps. Les plus courants sont le taux métabolique standard (TMS) et le taux métabolique basal (BMR).

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La TMS est mesurée chez les animaux à sang froid, comme la plupart des poissons, mollusques, amphibiens et reptiles. Le TMB est mesuré chez les animaux à sang chaud, tels que les oiseaux et les mammifères.

Unités de mesure des taux métaboliques

Le TMS et le BMR sont généralement exprimés en consommation de O ₂ (ml), calories (cal), kilocalories (kcal), joules (J), kilojoules (kJ) ou watts (W).

Une calorie est définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 g d'eau de 1 ° C. Une calorie équivaut à 4 186 joules. Le joule est la mesure fondamentale (SI, système international) de l'énergie. Le watt, qui est égal à 1 joule par seconde, est la mesure fondamentale (SI) des taux de transfert d'énergie et de transformation.

Conditions de mesure du métabolisme basal

Pour s'assurer que les valeurs obtenues par différentes études sont comparables, la mesure du TMS et du BMR nécessite que les animaux de laboratoire soient au repos et à jeun. Dans le cas du TMB, ces animaux doivent également être dans leur zone thermoneutre.

Un animal est considéré au repos s'il se trouve dans la phase inactive de son cycle quotidien normal, sans mouvements spontanés et sans stress physique ou psychologique.

Un animal est considéré comme à jeun s'il ne digère pas les aliments d'une manière qui génère de la chaleur.

Un animal est considéré dans sa zone thermoneutre si, au cours des expériences, il est maintenu dans la plage de température à l'intérieur de laquelle sa production de chaleur corporelle reste inchangée.

Méthodes respirométriques pour mesurer la tms et la tmb

- Respirométrie à volume ou pression constante. L'animal est conservé dans un contenant scellé. Les variations de pression dues à la consommation d'O ₂ par l'animal sont mesurées à température constante au moyen d'un manomètre. Le CO ₂ produit par l'animal est éliminé chimiquement à l'aide de KOH ou d'ascarite.

Si un respiromètre Warburg est utilisé, le changement de pression est mesuré en maintenant le volume du récipient constant. Si un respiromètre Gilson est utilisé, le changement de volume est mesuré en maintenant la pression constante.

- Analyse de gaz. Il existe actuellement une grande variété d'instruments de laboratoire qui permettent la quantification directe des concentrations d'O ₂ et de CO ₂. Cet instrument est très précis et permet des déterminations automatisées.

Méthodes calorimétriques pour mesurer la tms et la tmb

- Calorimétrie à la bombe. La consommation d'énergie est estimée en comparant la chaleur produite par la combustion d'un échantillon d'aliments non consommés avec la chaleur produite par la combustion d'un échantillon équivalent de restes digérés (matières fécales et urine) de cet aliment.

- Calorimétrie directe. Il consiste à mesurer directement la chaleur produite par la flamme de combustion de l'échantillon.

- Calorimétrie indirecte. Il mesure la production de chaleur en comparant la consommation d'O ₂ et la production de CO ₂. Il est basé sur la loi de Hess de la somme constante de chaleur, qui stipule que dans une réaction chimique, une quantité de chaleur est libérée en fonction uniquement de la nature des réactifs et des produits.

- Calorimétrie à gradient. Si un flux de chaleur Q traverse un matériau d'épaisseur G, de zone A et de conductivité thermique C, le résultat est un gradient de température qui augmente avec G et diminue avec A et C. Cela permet de calculer la dépense énergétique.

- Calorimétrie différentielle. Il mesure le flux de chaleur entre une chambre contenant l'animal expérimental et une chambre inoccupée adjacente. Les deux chambres sont isolées thermiquement à l'exception de la surface qui les relie, à travers laquelle elles échangent de la chaleur.

Métabolisme basal et taille corporelle

Le TMS et le BMR varient de manière disproportionnée avec la taille des animaux. Cette relation est connue sous le nom d'escalade métabolique. Le concept peut être facilement compris en comparant deux mammifères herbivores de tailles très différentes, comme le lapin et l'éléphant.

Si nous quantifions le feuillage qu'ils mangent pendant une semaine, nous constaterions que le lapin mange beaucoup moins que l'éléphant. Cependant, la masse du feuillage mangée par le premier serait considérablement plus grande que sa propre masse corporelle, tandis que dans le cas du second, ce serait l'inverse.

Cette disparité indique que, proportionnellement à leur taille, les besoins énergétiques des deux espèces sont différents. L'étude de centaines d'espèces animales montre que cette observation particulière fait partie d'un schéma général d'escalade métabolique quantifiable en termes de TMS et de BMR.

Par exemple, le BMR moyen (2200 J / h) de 100 g de mammifères n'est pas dix fois, mais seulement 5,5 fois, supérieur au BMR moyen (400 J / h) de 10 g de mammifères. De même, le BMR moyen des mammifères de 400 g (4940 J / h) n'est pas quatre fois, mais seulement 2,7 fois supérieur au BMR moyen des mammifères de 100 g.

Équation allométrique de la mise à l'échelle métabolique

La relation TMS (ou TMB), représentée par T, et la masse corporelle, représentée par M, d'un animal peut être décrite par l'équation classique d'allométrie biologique, T = a × M ^b, dans laquelle a et b sont des constantes.

L'ajustement à cette équation explique mathématiquement pourquoi le TMS et le BMR ne varient pas proportionnellement à la masse des animaux. En appliquant des logarithmes aux deux côtés, l'équation peut être exprimée comme suit

log (T) = log (a) + b × log (M), log (a) et b peuvent être estimés par analyse de régression linéaire entre les valeurs expérimentales de log (T) et log (M) de plusieurs espèces d'un groupe animal. Le log constant (a) est le point de coupure de la droite de régression sur l'axe vertical. Pour sa part, b, qui est la pente de ladite droite, est la constante allométrique.

Il a été constaté que la constante allométrique moyenne de nombreux groupes d'animaux tend à être proche de 0,7. Dans le cas de log (a), plus ses valeurs sont élevées, plus les taux métaboliques du groupe d'animaux analysés sont élevés.

Métabolisme basal, circulation et respiration

Le manque de proportionnalité du TMS et du BMR par rapport à la taille fait que les petits animaux ont des besoins en O ₂ plus élevés par gramme de masse corporelle que les grands animaux. Par exemple, le taux de dépense énergétique d'un gramme de tissu de baleine est bien inférieur à celui d'un gramme de tissu de souris homologue.

Les grands et les petits mammifères ont des cœurs et des poumons de tailles similaires par rapport à leur masse corporelle. Pour cette raison, les taux de contraction du cœur et des poumons de ces derniers doivent être beaucoup plus élevés que ceux des premiers afin de transporter suffisamment d'O ₂ vers les tissus.

Par exemple, le nombre de battements cardiaques par minute est de 40 chez un éléphant, 70 chez un humain adulte et 580 chez une souris. De même, les humains respirent environ 12 fois et les souris environ 100 fois par minute.

Au sein d'une même espèce, ces modèles sont également observés entre des individus de tailles différentes. Par exemple, chez l'homme adulte, le cerveau est responsable d'environ 20% de la dépense métabolique totale, tandis que chez l'enfant âgé de 4 à 5 ans, cette dépense atteint 50%.

Métabolisme basal et longévité

Chez les mammifères, la taille du cerveau et du corps et le métabolisme basal sont liés à la longévité par l'équation

L = 5,5 × C ^0,54 × M ^-0,34 × T ^-0,42, Où L est la longévité en mois, C est la masse cérébrale en grammes, M est la masse corporelle en grammes et T est le BMR en calories par gramme et par heure.

L'exposant pour C indique que la longévité des mammifères a une association positive avec la taille du cerveau. L'exposant de M indique que la longévité a une association négative avec la masse corporelle. L'exposant de T indique que la longévité a une association négative avec la vitesse du métabolisme.

Cette relation, bien qu'avec des exposants différents, est également applicable aux oiseaux. Cependant, ils ont tendance à vivre plus longtemps que les mammifères de masse corporelle similaire.

Intérêt médical

Le BMR des femmes peut doubler pendant la grossesse. Cela est dû à l'augmentation de la consommation d'oxygène causée par la croissance du fœtus et des structures utérines, et par le plus grand développement de la circulation maternelle et de la fonction rénale.

Le diagnostic d'hyperthyroïdie peut être confirmé par une consommation accrue d'oxygène, c'est-à-dire un BMR élevé. Dans environ 80% des cas de thyroïde hyperactive, le BMR est au moins 15% supérieur à la normale. Cependant, un BMR élevé peut également être causé par d'autres maladies.

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