Der respiratorische Quotient ist ein sehr nützlicher Parameter zur Bewertung des Stoffwechselgemisches, das in Ruhe oder bei körperlicher Anstrengung verwendet wird. Aufgrund der chemischen Unterschiede, die sie charakterisieren, benötigt die vollständige Metabolisierung von Fetten, Proteinen und Kohlenhydraten unterschiedliche Mengen an Sauerstoff. Folglich beeinflusst die Art des oxidierten Energiesubstrats auch die erzeugte Kohlendioxidmenge.
QR = CO2 produziert / O2 verbraucht
In Anbetracht der Tatsache, dass jeder Makronährstoff einen spezifischen QR hat, ist es durch Auswertung dieses Parameters möglich, das Nährstoffgemisch zu verfolgen, das in Ruhe oder während einer bestimmten Arbeitsaktivität metabolisiert wird.
Respiratorischer Quotient von Kohlenhydraten
Die allgemeine Summenformel eines Kohlenhydrats ist Cn (H2O) n. Daraus folgt, dass innerhalb eines Kohlenhydratmoleküls das Verhältnis zwischen der Anzahl der Wasserstoffatome und denen des Sauerstoffs fest und gleich 2 ist. 1. Um eine generische Hexose (Kohlenhydrat mit sechs Kohlenstoffatomen wie Glukose) zu oxidieren, werden daher sechs Sauerstoff benötigt Moleküle, was zur Bildung von 6 Kohlendioxidmolekülen führt (C6H1206 + 602 → 6H20 + 6C02).
Der respiratorische Quotient von Kohlenhydraten ist daher gleich: 6CO2 / 6O2 = 1,00
Respiratorischer Quotient von Lipiden
Lipide unterscheiden sich von Kohlenhydraten durch den geringeren Sauerstoffgehalt im Verhältnis zur Anzahl der Wasserstoffatome. Folglich erfordert ihre Oxidation eine höhere Menge an Sauerstoff.
Am Beispiel von Palmitinsäure stellen wir fest, dass bei ihrer Oxidation aus 23 verbrauchten Sauerstoffmolekülen 16 Moleküle Kohlendioxid und Wasser entstehen: C16H32O2 + 23 O2 → 16 CO2 + 16 H2O
Der respiratorische Quotient ist daher gleich: 16 CO2 / 23 O2 = 0,696
Normalerweise wird den Lipiden ein respiratorischer Quotient von 0,7 zugeschrieben, wobei zu berücksichtigen ist, dass dieser Wert von 0,69 bis 0,73 in Abhängigkeit von der Länge der die Fettsäure charakterisierenden Kohlenstoffkette schwankt.
Respiratorischer Quotient von Proteinen
Der Hauptunterschied, der Proteine von Fetten und Kohlenhydraten unterscheidet, ist das Vorhandensein von Stickstoffatomen. Aufgrund dieses chemischen Unterschieds folgen die Eiweißmoleküle einem bestimmten Stoffwechselweg. Die Leber muss zunächst Stickstoff durch einen Prozess namens Desaminierung eliminieren, erst dann kann der verbleibende Teil des Aminosäuremoleküls (die sogenannte Ketosäure) zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden.
Ketosäuren sind wie Lipide relativ sauerstoffarm. Ihre Oxidation führt daher zur Bildung einer geringeren Kohlendioxidmenge als die des verbrauchten Sauerstoffs.
Albumin, das am häufigsten vorkommende Protein im Plasma, oxidiert nach folgender Reaktion:
C72H112N2O22S + 77O2 → 63CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO (NH2) 2
Der respiratorische Quotient ist daher gleich: 63 CO2 / 77 O2 = 0,818
Der QR von Proteinen ist konventionsgemäß auf 0,82 festgelegt.
Bedeutung des respiratorischen Quotienten
Um den Energiebedarf des Organismus zu decken, verwendet jeder von uns je nach körperlicher Anstrengung unterschiedliche Stoffwechselgemische: Je intensiver diese, desto höher der Anteil an oxidierter Glukose Ein Großteil der in Ruhe produzierten Energie stammt aus der Verstoffwechslung von Säuren. Fett. Aus diesem Grund ist ein respiratorischer Quotient nahe 0,7 in Ruhe und höher bei anstrengender Belastung zu erwarten.
Bei Aktivitäten, die von absoluter Ruhe bis hin zu leichten aeroben Übungen reichen, beträgt der Atmungsquotient etwa 0,82 ± 4 %.Dieser experimentell ermittelte Wert zeugt von der Oxidation einer Mischung aus 60 % Fetten und 40 % Kohlenhydraten durch den Organismus (bei Bedingungen bei Ruhe oder mäßiger körperlicher Aktivität ist die Energierolle von Proteinen vernachlässigbar, daher spricht man von einem nicht proteinhaltigen Atmungsquotienten).
Jeder QR-Wert entspricht einem kalorischen Sauerstoffäquivalent, das die Anzahl der freigesetzten Kalorien pro Liter O2 darstellt. Dank dieser Daten ist es möglich, den Energieverbrauch einer Arbeitstätigkeit sehr genau nachzuvollziehen. Nehmen wir an, dass bei moderatem aeroben Training der durch Gasanalyse gemessene respiratorische Quotient 0,86 beträgt, anhand einer speziellen Tabelle finden wir, dass das Energieäquivalent pro Liter verbrauchtem Sauerstoff 4,875 Kcal beträgt Sportliche Belastung wird es ausreichen, die verbrauchten Liter Sauerstoff mit 4,875 zu multiplizieren.
Bei intensiver körperlicher Anstrengung ändert sich die Situation radikal und der respiratorische Quotient unterliegt großen Schwankungen. Durch die massive Milchsäureproduktion werden zahlreiche Stoffwechselhilfsmechanismen aktiviert, wie Puffersysteme und Hyperventilation.In beiden Fällen kommt es zu einer erhöhten Ausscheidung von CO2, unabhängig von der Oxidation der Energiesubstrate. zum Zähler (CO2 ) und bei konstantem Nenner (O2) erfährt der respiratorische Quotient einen Anstieg, der Werte höher als eins erreicht.
Während der Erholung nach einer intensiven Aktivität, wenn ein Teil des Kohlendioxids zur Neubildung der Bikarbonatreserven verwendet wird, sinkt der respiratorische Quotient unter den Grenzwert von 0,70.
Es ist daher klar, dass in solchen Situationen der respiratorische Quotient nicht genau widerspiegelt, was auf zellulärer Ebene bei der Oxidation von Energiesubstraten passiert. In diesen Fällen sprechen die Physiologen der Atmung lieber vom externen respiratorischen Quotienten oder der Beziehung zwischen dem respiratorischen Austausch (Beleg).
