En biologie, nous ne parlons pas du processus bioénergétique de base comme d'une symphonie ou d'un orchestre, mais plutôt comme d'un métabolisme, ou d'un taux métabolique !
- Tout d'abord, nous verrons la définition du métabolisme et du taux métabolique.
- Ensuite, nous apprendrons ce que sont le taux métabolique de base (TMB) et le taux métabolique au repos (TMR).
- Ensuite, nous parlerons des taux métaboliques en écologie.
- Puis, nous nous intéresserons aux formules relatives au taux métabolique de base (TMB).
- Enfin, nous verrons quelques exercices impliquant le métabolisme de base (BMR).
Le métabolisme
Lemétabolisme est un terme fourre-tout qui désigne l'ensemble des réactions biochimiques qui fournissent de l'énergie et des molécules à un organisme .Ces réactions nécessitent également un apport énergétique soutenu en acquérant et en synthétisant de l'énergie .
La respiration, la photosynthèse, la thermorégulation, la croissance cellulaire, le transport des nutriments, la fonction nerveuse, la fonction musculaire ou les mécanismes de défense sont quelques exemples de fonctions métaboliques.
La thermorégulation
Un élément particulièrement important du métabolisme est lathermorégulation, c'est-à-dire la façon dont un organisme maintient sa température corporelle constante.
Les animaux sont divisés en deux catégories, en fonction de leur capacité à thermoréguler de façon indépendante ou non : les endothermes et les ectothermes.
Endotherme: un organisme qui utilise son métabolisme interne pour se thermoréguler.
Ectotherme: un organisme qui utilise l'environnement extérieur pour se thermoréguler.
Définition du taux métabolique
Comme les besoins métaboliques des organismes fluctuent constamment au cours de la journée et des saisons, mesurer le métabolisme peut sembler maladroit et inadéquat. Il est encore plus difficile de comparer le métabolisme de deux organismes différents.
Par exemple, le métabolisme d'un castor qui construit une tanière est différent de celui d'un castor qui se repose, qui est bien différent du métabolisme d'un arbre à feuilles caduques en hiver.
Il est plus adéquat de parler de la quantité de dépense d'énergie se produisant sur une période de temps pour effectuer des tâches métaboliques, ou taux métabolique. La définition dutaux métabolique est présentée ci-dessous.
Taux métabolique est une mesure de la quantité d'énergie dépensée par un organisme au cours d'une période donnée pour se maintenir en vie. Il est souvent représenté en kilocalories par jour (kcal/jour) ou en kilojoules par jour (kJ/jour).
Définition du taux métabolique de base (TMB)
Un taux métabolique élevé se caractérise par une forte activité et une augmentation de la dépense énergétique. Plus un organisme est actif, plus sa respiration est rapide, plus son cœur pompe rapidement, plus ses muscles se contractent rapidement.
Imagine un guépard qui poursuit une gazelle. C'est une activité hautement métabolique !
Le taux métabolique ne varie pas seulement en fonction de l'activité quotidienne. Les taux métaboliques varient d'une espèce à l'autre.
- Lesorganismes qui se déplacent lentement, comme les pandas et les paresseux, ont également moins de dépenses énergétiques et un taux métabolique plus lent par rapport aux prédateurs comme les lions et les loups.
De temps en temps, un organisme a besoin de se reposer. Je suis sûr que c'est aussi ton cas ! Pourtant, même au repos, ton corps doit effectuer des tâches métaboliques de base pour te maintenir en vie. En biologie, c'est ce qu'on appelle le basal metabolic rate, ou BMR .La définition du BMR est la suivante :
Letaux métabolique de base (TMB ) est la dépense énergétique minimale d'un animal endothermique au repos. Cela comprend les fonctions de base telles que la respiration, lacirculation du sang , la thermorégulation et l'activité neuronale.
Chez les ectothermes et les plantes, cetaux est appelé standard metabolic rate, ou SMR. L'une des principales raisons d'être du métabolisme de base (BMR) ou du taux métabolique standard (SMR) est de permettre aux scientifiques de comparer les taux métaboliques d'une espèce à l'autre.
Les organismes peuvent avoir destaux métaboliques variables en fonction des activités effectuées ce jour-là, mais les taux métaboliques peuvent également varier au cours de l'année. Les endothermes peuvent entrer dans un état de torpeur.
Latorpeur est un état métabolique réduit caractérisé par une faible dépense d'énergie. Elle est adoptée par les endothermes en cas de stress environnemental, comme le froid ou la chaleur extrême, le manque de nutriments ou le manque d'eau.
En hiver, les endothermes entrent en hibernation , un état prolongé de torpeur pour échapper aux rigueurs froides de l'hiver. D'autre part, certains endothermes peuvent entrer en estivation, qui est un état prolongé de torpeur pour persister pendant les étés torrides ou arides.
À côté de la torpeur et de l'hibernation, ladormance est un état de faible dépense énergétique et de faible taux métabolique chez les plantes pendant l'hiver.
Taux métabolique au repos (RMR)
Comme alternative au taux métabolique de base, on utilise une deuxième façon de quantifier le taux métabolique.
Le taux métaboliqueau repos (RMR) est la dépense énergétique minimale requise par un animal endothermique lorsque entièrement au repos.
Le taux métaboliqueau repos est différent du taux métabolique de base (TMB). Dans le RMR, un organisme au repos complet est également considéré comme dormant et à jeun.
Loi de Kleiber
En 1932, Max Kleiber a observé et étudié la relation entre le taux métabolique et le poids (Fig. 1).
D'un point de vue logique, c'est une question de bon sens. Si un organisme a plus de pièces mobiles qu'un autre, alors son corps doit effectuer plus de maintenance métabolique et de dépenses énergétiques puisqu'il a plus de pièces !
Si tu te compares à un serpent, tu as des bras, alors que les serpents n'en ont pas. Ton corps doit constamment pomper du sang dans tes appendices pour les maintenir en bonne santé et les faire grandir. Les serpents, en revanche, ne sont pas encombrés par le poids supplémentaire et les taux métaboliques associés aux membres.
Max Kleiber a pu quantifier une équation corrélant le taux métabolique et le poids, connue sous le nom de loi de Kleiber, en reportant les deux variables sur un graphique.
Figure 1 - Graphique original issu des recherches de Max Kleiber montrant une relation graphique linéaire entre le poids corporel et la production de chaleur (c'est-à-dire le taux métabolique).
Kleiber a découvert que le taux métabolique est proportionnel au poids par une puissance de ¾.
Loi de Kleiber est une relation mathématique qui montre que le taux métabolique d'un organisme est proportionnel à son poids, d'une puissance de ¾. Sous forme d'équation, R ∝ M¾, où R = taux métabolique et M = masse (ou poids).
Taux métaboliques en écologie
En écologie, les taux métaboliques sont utilisés pour comparer les chaînes et les réseaux alimentaires.
L'observation des taux métaboliques peut aider à quantifier la dynamique entre les populations dans un écosystème. Plus précisément, les dépenses énergétiques sont des flux et les organismes eux-mêmes sont des réservoirs d'énergie.
Une valeur énergétique peut donc être attribuée aux populations, communautés ou écosystèmes. Pour ce faire, les écologistes utilisent unepyramide énergétique (Fig. 2).
En regardant la pyramide de plus près, on peut également observer qu'à chaque augmentation du niveau trophique, on observe une réduction de la taille du réservoir d'énergie. En général, lorsque la dépense énergétique fait remonter l'énergie dans la chaîne alimentaire, l'énergie est perdue dans un rapport de 10 à 1. Remarque également que le poids des organismes situés au sommet des pyramides a tendance à être plus élevé que celui des organismes situés en dessous.
Formules de calcul du métabolisme de base (BMR)
En tant qu'êtres humains, il est important de connaître notre métabolisme de base pour s'assurer que notre régime alimentaire est équilibré par rapport à nos dépenses énergétiques.Si nous pouvons quantifier notre taux métabolique, et la quantité d'énergie contenue dans nos aliments, nous pouvons alors nous assurer que nos apports énergétiques correspondent à nos dépenses énergétiques.
Pour compter le nombre de joules ou de calories dont notre corps a besoin pour fonctionner (c'est-à-dire le BMR), nous utilisons les variables que sont le poids, la taille, l'âge et le sexe. Le taux métabolique de base (TMB), c'est-à-dire la dépense énergétique d'un organisme au repos, est utilisé pour quantifier le taux métabolique car c'est au repos que le métabolisme est le plus constant.
Il existe deux variantes de la formule générale du taux métabolique : laformule BMR Harris-Benedictrévisée et laformule BMR Mifflin-St-Jeor.
Formule révisée du BMR de Harris-Benedict :
BMRMale = 13,4-Poids (kg) + 4,8-Taille (cm) - 5,68-Age (ans) + 88 kcal/jour
BMRFemme = 9,25-Poids (kg ) + 3,1-Taille (cm) - 4,33-Age (ans) + 447,6 kcal/jour
La version originale de la formule Harris-Benedict est la suivante :
BMRMale = 6,23-Poids (kg) + 12,7-Taille (cm) - 6,8-Age (ans) + 66 kcal/jour
BMRFemme = 4,35-Poids (kg ) + 4,7-Taille (cm) - 4,7-Age(ans) + 655 kcal/jour
Formule BMR de Mifflin-St-Jeor :
BMR = 10-Poids (kg) + 6,25-Taille (cm) - 5- Âge (ans) + Constante basée sur le sexe
Où ,
La constante basée sur le sexe est de 5 kcal/jour pour les hommes et de -161 kcal/jour pour les femmes.
Il existe aussi une formule pour calculer le métabolisme de base (BMR) qui tient compte du pourcentage de graisse corporelle. Si tu compares deux personnes ayant le même poids, la même taille et le même âge, les deux équations précédentes du BMR donneront les mêmes résultats.
Pourtant, si l'un des individus est un joueur de football et l'autre un banquier, nous pouvons à juste titre supposer que leur BMR devrait être réellement différent. Voici une autre façon de calculer le métabolisme de base (BMR), appelée la formule BMR de Katch-McArdle. Elle utilise le pourcentage de graisse corporelle et le poids comme variables. Note que le sexe n'est pas une variable.
Formule du BMR de Katch-McArdle :
BMR = 370 + 21,6-Poids (kg) - (1 - % de graisse corporelle )
Taux métabolique de base moyen (BMR)
La fourchette des valeurs du taux métabolique de base (TMB) pour les hommes adultes est de 1600 à 2000 kcal/jour, et pour les femmes de 1400 à 1800 kcal/jour. Muni de ces connaissances, essaie de calculer ton propre métabolisme de base ! Quelle valeur as-tu obtenue ?
En connaissant ton métabolisme de base (BMR), tu peux maintenant consulter un tableau des calories alimentaires ou le tableau nutritionnel imprimé sur l'emballage des aliments que tu achètes.
Essaie chez toi pendant une semaine environ, et vois comment le nombre de calories que tu ingères se compare à ton métabolisme de base (BMR). Est-il plus élevé ou plus bas ? N'oublie pas que nous estimons ton taux métabolique debase , qui ne tient pas compte des exercices ou activités supplémentaires que tu peux faire !
Exercices sur le taux métabolique de base (BMR)
Pour mieux comprendre l'éventail des valeurs obtenues à partir des équations du taux métabolique de base (TMB), voici quelques exercices. Tu utiliseras la formule du BMR révisé de Harris-Benedict et la formule du BMR de Mifflin-St-Jeor, et tu compareras les BMR de différents individus.
- Calcule ton propre taux métabolique de base (BMR) en utilisant les deux équations de BMR. Les valeurs du BMR sont-elles similaires ?
- Calcule le taux métabolique debase (BMR) d'un ami dont le poids est inférieur de 20 kg au tien. Utilise les deux équations du BMR. En quoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule le taux métabolique debase (BMR) d'un ami dont le poids est supérieur de 20 kg au t ien.Utilise les deux équations du BMR. Enquoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule le Basal Metabolic Rate (BMR) d'un ami dont la taille est inférieure de 30 cm à la t ienne.Utilise les deux équations du BMR. Enquoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule le Basal Metabolic Rate (BMR) d'un ami qui mesure 30 cm de plus que toi. Utilise les deux équations du BMR. Enquoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule le Basal Metabolic Rate (BMR) d'un ami dont l'âge est inférieur de 10 ans au tien. Utilise les deux équations BMR. Enquoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule letaux métabolique de base (BMR) d'un ami qui a 10 ans de plus que toi. Utilise les deux équations BMR. Enquoi le TMB de ton ami est-il différent du tien ?
- Calcule letaux métabolique de base (BMR) d'un ami dont le sexe est différent du tien. Utilise les deux équations BMR. Enquoi le BMR de ton ami est-il différent du tien ?
- Imagine deux individus du même sexe, dont le poids est identique à 80 kg, mesurant tous deux 172 cm et âgés de 33 ans. L'un est un coureur de distance olympique, et l'autre est un programmeur informatique. Les deux équations dutaux métabolique de base (BMR) donneront le même résultat. Penses-tu que ce résultat est exact ? Comment les taux métaboliques de base des deux personnes devraient-ils être comparés ?
- Calcule le Taux métabolique de base (TMB) de tes parents, d'un autre membre de ta famille ou d'un ami proche. Utilise les deux équations du BMR. Comment leur BMR se compare-t-il au tien ? Devriez-vous tous les deux avoir un régime alimentaire similaire ? En réalité, avez-vous tous les deux la même dépense énergétique ?
- Utilise ton moteur de recherche préféré pour trouver le poids, la taille et l'âge de tes célébrités ou athlètes préférés. Calcule leurtaux métabolique de base (BMR) sur le site . Penses-tu que l'option que tu as choisie a une dépense énergétique supérieure à la moyenne ou inférieure à la moyenne ?
Réponses
- Les valeurs du BMR varieront, mais les chiffres obtenus devraient être comparables.
- Le TMB d'un ami < ton TMB.
- BMRde ton ami(e) > ton BMR.
- BMR del'ami < ton BMR.
- BMR d'unami BMR > ton BMR.
- BMR d'unami BMR > ton BMR.
- BMR d'unami BMR < ton BMR.
- Les réponses varient. Le BMR d'une amie sera plus bas que celui d'un ami.
- Non, un coureur de fond olympique devrait avoir un BMR plus élevé.
- Les réponses varieront en fonction du BMR des individus.
- Les réponses varieront en fonction du BMR des individus.
Taux métabolique - Principaux enseignements
Lemétabolisme est un terme fourre-tout qui désigne l'ensemble des réactions biochimiques qui fournissent l'énergie et les molécules nécessaires au maintien d'un organisme .
Letaux métabolique est une mesure de la quantité d'énergie déployée par un organisme sur une période donnée pour assurer sa propre vie .
Le taux métaboliquede base, ou TMB, qui est l'énergie minimale dépensée par un animal endothermique au repos. Chez les ectothermes et les plantes, il s'agit du taux métabolique standard, ou SMR.
Laloi de Kleiber stipule que le taux métabolique d'un organisme est proportionnel à sa masse, d'une puissance de ¾, soit R ∝ M¾.
En écologie, les taux métaboliques peuvent être utilisés pour quantifier les interactions entre les populations d'espèces.
Références
- Fig. 1 - Le graphique original de la taille du corps en fonction du taux métabolique dessiné à la main par Max Kleiber (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Kleiber1947.jpg) par Max Kleiber est sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
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