Respirační kvocient - Respiratory quotient - Wikipedia

The respirační kvocient (nebo RQ nebo respirační koeficient), je bezrozměrné číslo použitý při výpočtech bazální metabolismus (BMR), když se odhaduje z výroby oxidu uhličitého. Vypočítává se z poměru oxidu uhličitého produkovaného tělem k kyslíku spotřebovanému tělem. Taková měření, stejně jako měření absorpce kyslíku, jsou formy nepřímé kalorimetrie. Měří se pomocí a respirometr. Hodnota respiračního kvocientu udává, které makroživiny se metabolizují, protože pro tuky, sacharidy a bílkoviny se používají různé energetické dráhy.[1] Pokud se metabolismus skládá pouze z lipidů, je respirační kvocient přibližně 0,7, pro bílkoviny přibližně 0,8 a pro sacharidy 1,0. Většinou se však spotřeba energie skládá z tuků a sacharidů. Přibližný respirační kvocient smíšené stravy je 0,8.[1] Mezi další faktory, které mohou ovlivnit respirační kvocient, patří energetická rovnováha, cirkulující inzulín a citlivost na inzulín.[2]

Může být použit v alveolární rovnice plynu.

Výpočet

Respirační kvocient (RQ) je poměr:

RQ = CO2 vyloučeny / O.2 spotřebovány

kde se termín „vylučuje“ vztahuje na oxid uhličitý (CO2) odstraněny z těla.

V tomto výpočtu je CO2 a O.2 musí být uvedeny ve stejných jednotkách a v množstvích úměrných počtu molekul. Přijatelné vstupy by byly buď krtci, nebo také objemy plynu při standardní teplotě a tlaku.

Mnoho metabolizovaných látek jsou sloučeniny obsahující pouze prvky uhlík, vodík, a kyslík. Mezi příklady patří mastné kyseliny, glycerol, sacharidy, deaminace výrobky a ethanol. Pro úplnou oxidaci takových sloučenin je chemická rovnice

CXHyÓz + (x + y / 4 - z / 2) O.2 → x CO2 + (y / 2) H2Ó

a tedy metabolismus této sloučeniny dává RQ x / (x + y / 4 - z / 2).

U glukózy s molekulárním vzorcem C6H12Ó6, úplná oxidační rovnice je C.6H12Ó6 + 6 O.2 → 6 CO2+ 6 hodin2O. RQ = 6 CO2/ 6 O.2=1.

U tuků závisí RQ na konkrétních přítomných mastných kyselinách. Mezi běžně skladovanými mastnými kyselinami u obratlovců se RQ pohybuje od 0,692 (kyselina stearová) až po 0,759 (kyselina dokosahexaenová). Historicky se předpokládalo, že „průměrný tuk“ měl RQ asi 0,71, což platí pro většinu savců včetně lidí. Nedávný průzkum však ukázal, že vodní živočichové, zejména ryby, mají tuk, který by měl při oxidaci poskytovat vyšší hodnoty RQ, které díky vysokému množství kyseliny dokosahexaenové dosahují až 0,73.[3]

Rozsah respiračních koeficientů pro organismy v metabolické rovnováze se obvykle pohybuje od 1,0 (což představuje hodnotu očekávanou pro čistou oxidaci sacharidů) až ~ 0,7 (hodnota očekávaná pro čistou oxidaci tuků). Obecně platí, že molekuly, které jsou více oxidovány (např. Glukóza), vyžadují k plné metabolizaci méně kyslíku, a proto mají vyšší respirační kvocienty. Naopak molekuly, které jsou méně oxidované (např. Mastné kyseliny), vyžadují pro svůj kompletní metabolismus více kyslíku a mají nižší respirační kvocienty. Vidět BMR pro diskusi o tom, jak jsou tato čísla odvozena. Smíšená strava tuků a sacharidů vede k průměrné hodnotě mezi těmito čísly.

RQ hodnota odpovídá kalorické hodnotě pro každý litr (L) CO2 vyrobeno. Pokud O2 čísla spotřeby jsou k dispozici, obvykle se používají přímo, protože se jedná o přímější a spolehlivější odhady výroby energie.

RQ měřeno zahrnuje příspěvek z energie vyrobené z bílkovin. Kvůli složitosti různých způsobů, kterými lze různé aminokyseliny metabolizovat, však nikdo RQ lze přiřadit oxidaci bílkovin ve stravě.

Inzulin, který zvyšuje ukládání lipidů a snižuje oxidaci tuků, je pozitivně spojen se zvýšením respiračního kvocientu.[2] Pozitivní energetická bilance také povede ke zvýšení respiračního kvocientu.[2]

Aplikace

Praktické aplikace respiračního kvocientu lze nalézt v závažných případech chronická obstrukční plicní nemoc, ve kterém pacienti tráví značné množství energie na dýchací úsilí. Zvyšováním podílu tuků ve stravě se snižuje respirační kvocient, což způsobuje relativní pokles množství CO2 vyrobeno. To snižuje respirační zátěž a eliminuje CO2, čímž se snižuje množství energie vynaložené na dýchání.[4]

Respirační kvocient lze použít jako indikátor překročení nebo podvýživy. Podkrmování, které nutí tělo využívat zásoby tuku, sníží respirační kvocient, zatímco nadměrné krmení, které způsobuje lipogeneze, zvýší to.[5] Podkrmení je označeno respiračním kvocientem pod 0,85, zatímco respirační kvocient větší než 1,0 indikuje překrmování. To je zvláště důležité u pacientů se sníženou funkcí dýchacího systému, protože zvýšený respirační kvocient významně odpovídá zvýšené respirační frekvenci a poklesu dechový objem, čímž jsou ohroženi pacienti vystaveni značnému riziku.[5]

Kvůli své roli v metabolismu může být respirační kvocient použit při analýze funkce jater a diagnostice onemocnění jater. U pacientů trpících jaterní cirhóza Hodnoty neproteinového respiračního kvocientu (npRQ) fungují jako dobré ukazatele v predikci celkové míry přežití. Pacienti s npRQ <0,85 vykazují podstatně nižší míru přežití ve srovnání s pacienty s npRQ> 0,85.[6] Snížení npRQ odpovídá snížení ukládání glykogenu v játrech.[6] Podobné výzkumy naznačují, že nealkoholické tukové onemocnění jater jsou doprovázeny také nízkou hodnotou respiračního kvocientu a hodnota proteinového respiračního kvocientu byla dobrým ukazatelem závažnosti onemocnění.[6]

Nedávno byl respirační kvocient také používán vodními vědci k osvětlení jeho environmentálních aplikací. Experimentální studie s přírodními bakterioplankton použití různých jednotlivých substrátů naznačuje, že RQ je spojeno s elementárním složením respirovaných sloučenin.[7] Tímto způsobem je prokázáno, že bakterioplankton RQ není jen praktickým aspektem stanovení respirační schopnosti bakterioplanktonu, ale také hlavní proměnnou stavu ekosystému, která poskytuje jedinečné informace o fungování vodního ekosystému.[7] Na základě stechiometrie různých metabolizovaných substrátů to mohou vědci předpovědět rozpuštěného kyslíku (Ó2) a oxid uhličitý (CO.)2) ve vodních ekosystémech by se měl překrývat nepřímo kvůli zpracování fotosyntéza a dýchání.[8] Pomocí tohoto kvocientu jsme mohli osvětlit metabolické chování a současné role chemických a fyzikálních sil, které formují biogeochemie vodních ekosystémů. [8]

Respirační kvocienty některých látek

Název látkyRespirační kvocient
Sacharidy1
Proteiny0.8 - 0.9[1]
Ketony (eucaloric)0.73[9]
Ketony (hypokalorický)0.66[10][11][12]
Triolein (Tlustý)0.71
Kyselina olejová (Tlustý)0.71
Tripalmitin (Tlustý)0.7
Kyselina jablečná1.33
Kyselina vinná1.6
Kyselina šťavelová4.0

[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Widmaier, Eric P .; Raff, Hershel; Strang, Kevin T. (2016). Vanderova fyziologie člověka: Mechanismy tělesné funkce (14. vydání). New York: McGraw Hill. ISBN  9781259294099.
  2. ^ A b C Ellis, Amy C; Hyatt, Tanya C; Gower, Barbara A; Hunter, Gary R (2017-05-02). „Respirační kvocient předpovídá nárůst tukové hmoty u žen před menopauzou“. Obezita (Silver Spring, MD). 18 (12): 2255–2259. doi:10.1038 / oby.2010.96. ISSN  1930-7381. PMC  3075532. PMID  20448540.
  3. ^ Price, E. R .; Mager, E. M. (2020). "Respirační kvocient: Účinky složení mastných kyselin". Journal of Experimental Zoology. 333: 613–618. doi:10.1002 / jez.2422. PMID  33063463.
  4. ^ Kuo, C. D .; Shiao, G. M .; Lee, J. D. (01.07.1993). „Účinky stravovacích návyků s vysokým obsahem tuků a sacharidů na výměnu a ventilaci plynů u pacientů s CHOPN a normálních subjektů“. Hruď. 104 (1): 189–196. doi:10.1378 / hrudník.104.1.189. ISSN  0012-3692. PMID  8325067.
  5. ^ A b McClave, Stephen A .; Lowen, Cynthia C .; Kleber, Melissa J .; McConnell, J. Wesley; Jung, Laura Y .; Goldsmith, Linda J. (01.01.2003). "Klinické použití respiračního kvocientu získaného nepřímou kalorimetrií". JPEN. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition. 27 (1): 21–26. doi:10.1177/014860710302700121. ISSN  0148-6071. PMID  12549594.
  6. ^ A b C Nishikawa, Hiroki; Enomoto, Hirayuki; Iwata, Yoshinori; Kishino, Kyohei; Shimono, Yoshihiro; Hasegawa, Kunihiro; Nakano, Chikage; Takata, Ryo; Ishii, Akio (01.01.2017). "Prognostický význam neproteinového respiračního kvocientu u pacientů s jaterní cirhózou". Lék. 96 (3): e5800. doi:10.1097 / MD.0000000000005800. ISSN  1536-5964. PMC  5279081. PMID  28099336.
  7. ^ A b Berggren, Martin; Lapierre, Jean-François; del Giorgio, Paul A (květen 2012). „Velikost a regulace respiračního kvocientu bakterioplanktonu napříč sladkovodními environmentálními přechody“. Časopis ISME. 6 (5): 984–993. doi:10.1038 / ismej.2011.157. ISSN  1751-7362. PMC  3329109. PMID  22094347.
  8. ^ A b Vachon, Dominic; Sadro, Steven; Bogard, Matthew J .; Lapierre, Jean-François; Baulch, Helen M .; Rusak, James A .; Denfeld, Blaize A .; Laas, Alo; Klaus, Marcus; Karlsson, Jan; Weyhenmeyer, Gesa A. (srpen 2020). „Spárovaná měření O 2 –CO 2 poskytují mimořádný pohled na funkci vodního ekosystému“. Limnologické a oceánografické dopisy. 5 (4): 287–294. doi:10,1002 / lol2.10135. ISSN  2378-2242.
  9. ^ Mosek, Amnon; Natour, Haitham; Neufeld, Miri Y .; Shiff, Yaffa; Vaisman, Nachum (2009). „Ketogenní dietní léčba u dospělých s refrakterní epilepsií: prospektivní pilotní studie“. Záchvat. 18 (1): 30–3. doi:10.1016 / j.seizure.2008.06.001. PMID  18675556. S2CID  2393385.
  10. ^ Johnston, Carol S; Tjonn, Sherrie L; Swan, Pamela D; White, Andrea; Hutchins, Heather; Sears, Barry (2006). „Ketogenní diety s nízkým obsahem sacharidů nemají žádnou metabolickou výhodu oproti neketogenním dietám s nízkým obsahem sacharidů“. American Journal of Clinical Nutrition. 83 (5): 1055–61. doi:10.1093 / ajcn / 83.5.1055. PMID  16685046.
  11. ^ Phinney, Stephen D .; Horton, Edward S .; Sims, Ethan A. H .; Hanson, John S .; Danforth, Elliot; Lagrange, Betty M. (1980). „Schopnost mírného cvičení u obézních jedinců po adaptaci na hypokalorickou, ketogenní dietu“. Journal of Clinical Investigation. 66 (5): 1152–61. doi:10,1172 / JCI109945. PMC  371554. PMID  7000826.
  12. ^ Owen, O.E .; Morgan, A. P .; Kemp, H. G .; Sullivan, J. M .; Herrera, M. G .; Cahill, G. F. (1967). "Metabolismus mozku během půstu *". Journal of Clinical Investigation. 46 (10): 1589–95. doi:10,1172 / JCI105650. PMC  292907. PMID  6061736.
  13. ^ Telugu Academi, učebnice botaniky, verze 2007[je nutné ověření ]

externí odkazy