Дыхательный коэффициент ( RQ или дыхательный коэффициент ) представляет собой безразмерное число используется в расчетах базальной скорости метаболизма (BMR) , когда по оценкам производства диоксида углерода. Он рассчитывается на основе отношения углекислого газа, производимого организмом, к потребляемому им кислороду. Такие измерения, как и измерения поглощения кислорода, являются формой косвенной калориметрии . Он измеряется респирометром . Значение респираторного коэффициента указывает, какие макроэлементы метаболизируются, поскольку для жиров, углеводов и белков используются разные энергетические пути. [1]Если метаболизм состоит исключительно из липидов, респираторный коэффициент составляет примерно 0,7, для белков - примерно 0,8, а для углеводов - 1,0. Однако в большинстве случаев потребление энергии состоит из жиров и углеводов. Приблизительный респираторный коэффициент смешанной диеты составляет 0,8. [1] Некоторые из других факторов, которые могут влиять на респираторный коэффициент, - это энергетический баланс, циркулирующий инсулин и чувствительность к инсулину. [2]
Его можно использовать в уравнении альвеолярного газа .
Расчет
Дыхательный коэффициент ( RQ ) - это соотношение:
RQ = CO 2 удалено / O 2 потреблено
где термин « удаленный » относится к диоксиду углерода (CO 2 ), удаленному из организма.
В этом расчете CO 2 и O 2 должны быть даны в одних и тех же единицах и в количествах, пропорциональных количеству молекул. Приемлемыми входными данными могут быть либо моли , либо объемы газа при стандартной температуре и давлении.
Многие метаболизируемые вещества представляют собой соединения, содержащие только элементы углерод , водород и кислород . Примеры включают жирные кислоты , глицерин , углеводы , продукты дезаминирования и этанол . Для полного окисления таких соединений химическое уравнение имеет вид
С x H y O z + (x + y / 4 - z / 2) O 2 → x CO 2 + (y / 2) H 2 O
и, таким образом, метаболизм этого соединения дает RQ x / (x + y / 4 - z / 2).
Для получения глюкозы, с молекулярной формулой, С 6 Н 12 О 6 , полное уравнение окисления представляет собой С 6 Н 12 О 6 + 6 O 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О. Таким образом, RQ = 6 СО 2 /6 О 2 = 1.
Для жиров RQ зависит от конкретных присутствующих жирных кислот. Среди жирных кислот, обычно хранящихся у позвоночных, RQ варьируется от 0,692 (стеариновая кислота) до 0,759 (докозагексаеновая кислота). Исторически считалось, что RQ «среднего жира» составляет около 0,71, и это верно для большинства млекопитающих, включая человека. Однако недавнее исследование показало, что водные животные, особенно рыба, имеют жир, который должен давать более высокий RQ при окислении, достигающий 0,73 из-за большого количества докозагексаеновой кислоты. [3]
Диапазон респираторных коэффициентов для организмов, находящихся в метаболическом балансе, обычно колеблется от 1,0 (представляет собой значение, ожидаемое для окисления чистых углеводов) до ~ 0,7 (значение, ожидаемое для окисления чистого жира). В общем, молекулы, которые более окислены (например, глюкоза), требуют меньше кислорода для полного метаболизма и, следовательно, имеют более высокий респираторный коэффициент. И наоборот, менее окисленные молекулы (например, жирные кислоты) требуют больше кислорода для их полного метаболизма и имеют более низкий респираторный коэффициент. См. BMR для обсуждения того, как эти числа получены. Смешанная диета, состоящая из жиров и углеводов, дает среднее значение между этими числами.
Значение RQ соответствует калорийности для каждого литра (л) произведенного CO 2 . Если имеются данные о потреблении O 2 , они обычно используются напрямую, поскольку они являются более прямыми и надежными оценками производства энергии.
RQ, как измерено, включает вклад энергии, производимой из белка. Однако из-за сложности различных способов метаболизма различных аминокислот, ни один RQ не может быть отнесен к окислению белка в пище.
Инсулин, который увеличивает запасы липидов и снижает окисление жиров, положительно связан с увеличением респираторного фактора. [2] Положительный энергетический баланс также приведет к увеличению дыхательного коэффициента. [2]
Приложения
Практическое применение респираторного коэффициента можно найти в тяжелых случаях хронической обструктивной болезни легких , когда пациенты тратят значительное количество энергии на дыхательные усилия. При увеличении доли жиров в рационе дыхательный коэффициент снижается, вызывая относительное уменьшение количества производимого CO 2 . Это снижает нагрузку на дыхательные пути и выводит CO 2 , тем самым уменьшая количество энергии, расходуемой на дыхание. [4]
Респираторный коэффициент может использоваться как индикатор переедания или недоедания. Недоедание, которое заставляет организм использовать запасы жира, снижает респираторный коэффициент, а перекорм, вызывающий липогенез , увеличивает его. [5] Недоедание обозначается респираторным коэффициентом ниже 0,85, в то время как респираторный коэффициент больше 1,0 указывает на перекармливание. Это особенно важно для пациентов с нарушенной дыхательной системой, так как повышенный респираторный коэффициент в значительной степени соответствует увеличению частоты дыхания и уменьшению дыхательного объема , что подвергает больных со значительным риском. [5]
Из-за своей роли в метаболизме респираторный коэффициент можно использовать для анализа функции печени и диагностики заболеваний печени. У пациентов, страдающих циррозом печени , значения небелкового респираторного коэффициента (npRQ) служат хорошими индикаторами для прогнозирования общей выживаемости. Пациенты с npRQ <0,85 показывают значительно более низкие показатели выживаемости по сравнению с пациентами с npRQ> 0,85. [6] Уменьшение npRQ соответствует уменьшению запасов гликогена в печени. [6] Аналогичные исследования показывают, что неалкогольные жировые заболевания печени также сопровождаются низким значением респираторного коэффициента, а значение небелкового респираторного коэффициента является хорошим показателем серьезности заболевания. [6]
Недавно ученые-водники использовали респираторный коэффициент для освещения его применения в окружающей среде. Экспериментальные исследования природного бактериопланктона с использованием различных отдельных субстратов показали, что RQ связан с элементным составом вдыхаемых соединений. [7] Таким образом, показано, что RQ бактериопланктона является не только практическим аспектом определения дыхания бактериопланктона, но и важной переменной состояния экосистемы, которая предоставляет уникальную информацию о функционировании водной экосистемы. [7] Основываясь на стехиометрии различных метаболизируемых субстратов, ученые могут предсказать, что растворенный кислород (O 2 ) и углекислый газ (CO 2 ) в водных экосистемах должны меняться обратно пропорционально из-за процессов фотосинтеза и дыхания . [8] Используя этот коэффициент, мы могли бы пролить свет на метаболическое поведение и одновременную роль химического и физического воздействия, которое формирует биогеохимию водных экосистем. [8]
Респираторные коэффициенты некоторых веществ
Название вещества | Респираторный коэффициент |
---|---|
Углеводы | 1 |
Белки | 0,8–0,9 [1] |
Кетоны (эвкалорийные) | 0,73 [9] |
Кетоны (гипокалорийные) | 0,66 [10] [11] [12] |
Триолеин (жир) | 0,71 |
Олеиновая кислота (жир) | 0,71 |
Трипальмитин (жир) | 0,7 |
Яблочная кислота | 1,33 |
Винная кислота | 1.6 |
Щавелевая кислота | 4.0 |
[13]
Смотрите также
- Коэффициент респираторного обмена - соотношение между количеством углекислого газа, производимого в процессе обмена веществ, и использованным кислородом.
Рекомендации
- ^ a b c Видмайер, Эрик П .; Рафф, Гершель; Стрэнг, Кевин Т. (2016). Человеческая физиология Вандера: механизмы функции тела (14-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN 9781259294099.
- ^ а б в Эллис, Эми С; Хаятт, Таня С; Гауэр, Барбара А; Хантер, Гэри Р. (2017-05-02). «Респираторный коэффициент предсказывает увеличение массы жира у женщин в пременопаузе» . Ожирение (Сильвер Спринг, Мэриленд) . 18 (12): 2255–2259. DOI : 10.1038 / oby.2010.96 . ISSN 1930-7381 . PMC 3075532 . PMID 20448540 .
- ^ Цена, ER; Магер, EM (2020). «Респираторный коэффициент: влияние состава жирных кислот». Журнал экспериментальной зоологии . 333 : 613–618. DOI : 10.1002 / jez.2422 . PMID 33063463 .
- ^ Куо, CD; Шиао, GM; Ли, Джей Ди (1993-07-01). «Влияние диет с высоким содержанием жиров и углеводов на газообмен и вентиляцию у пациентов с ХОБЛ и здоровых людей». Сундук . 104 (1): 189–196. DOI : 10,1378 / chest.104.1.189 . ISSN 0012-3692 . PMID 8325067 .
- ^ а б Макклейв, Стивен А .; Lowen, Cynthia C .; Клебер, Мелисса Дж .; Макконнелл, Дж. Уэсли; Юнг, Лаура Й .; Голдсмит, Линда Дж. (01.01.2003). «Клиническое использование респираторного коэффициента, полученного с помощью непрямой калориметрии». Журнал парентерального и энтерального питания . 27 (1): 21–26. DOI : 10.1177 / 014860710302700121 . ISSN 0148-6071 . PMID 12549594 .
- ^ а б в Нисикава, Хироки; Эномото, Хираюки; Ивата, Йошинори; Кишино, Кёхей; Шимоно, Ёсихиро; Хасэгава, Кунихиро; Накано, Чикаге; Таката, Ре; Исии, Акио (01.01.2017). «Прогностическое значение небелкового респираторного коэффициента у пациентов с циррозом печени» . Медицина . 96 (3): e5800. DOI : 10.1097 / MD.0000000000005800 . ISSN 1536-5964 . PMC 5279081 . PMID 28099336 .
- ^ а б Берггрен, Мартин; Лапьер, Жан-Франсуа; дель Джорджио, Поль А. (май 2012 г.). «Величина и регулирование респираторного коэффициента бактериопланктона через градиенты пресноводной окружающей среды» . Журнал ISME . 6 (5): 984–993. DOI : 10.1038 / ismej.2011.157 . ISSN 1751-7362 . PMC 3329109 . PMID 22094347 .
- ^ а б Вашон, Доминик; Садро, Стивен; Богард, Мэтью Дж .; Лапьер, Жан-Франсуа; Baulch, Helen M .; Rusak, James A .; Denfeld, Blaize A .; Лаас, Ало; Клаус, Маркус; Карлссон, Ян; Вейхенмейер, Геса А. (август 2020 г.). «Парные измерения O 2 –CO 2 позволяют быстро получить представление о функциях водной экосистемы» . Письма по лимнологии и океанографии . 5 (4): 287–294. DOI : 10.1002 / lol2.10135 . ISSN 2378-2242 .
- ^ Мосек, Амнон; Натур, Хайтам; Neufeld, Miri Y .; Шифф, Яффа; Вайсман, Начум (2009). «Лечение кетогенной диетой у взрослых с рефрактерной эпилепсией: проспективное пилотное исследование». Захват . 18 (1): 30–3. DOI : 10.1016 / j.seizure.2008.06.001 . PMID 18675556 . S2CID 2393385 .
- ^ Джонстон, Кэрол С; Tjonn, Sherrie L; Свон, Памела Д; Уайт, Андреа; Хатчинс, Хизер; Sears, Барри (2006). «Кетогенные низкоуглеводные диеты не имеют метаболических преимуществ перед некетогенными низкоуглеводными диетами» . Американский журнал клинического питания . 83 (5): 1055–61. DOI : 10.1093 / ajcn / 83.5.1055 . PMID 16685046 .
- ^ Финни, Стивен Д .; Хортон, Эдвард С .; Симс, Итан А.Х .; Hanson, John S .; Данфорт, Эллиот; Лагранж, Бетти М. (1980). «Способность к умеренным упражнениям у лиц с ожирением после адаптации к гипокалорийной кетогенной диете» . Журнал клинических исследований . 66 (5): 1152–61. DOI : 10.1172 / JCI109945 . PMC 371554 . PMID 7000826 .
- ^ Оуэн, О.Е .; Morgan, AP; Кемп, HG; Салливан, Дж. М.; Herrera, MG; Кэхилл, Г. Ф. (1967). «Метаболизм мозга во время голодания *» . Журнал клинических исследований . 46 (10): 1589–95. DOI : 10.1172 / JCI105650 . PMC 292907 . PMID 6061736 .
- ^ Telugu Academi, учебник по ботанике, версия 2007 г. [ требуется проверка ]