Współczynnik oddechowy jest bardzo przydatnym parametrem do oceny mieszaniny metabolicznej stosowanej w spoczynku lub podczas wysiłku fizycznego. Z powodu różnic chemicznych, które je charakteryzują, całkowity metabolizm tłuszczów, białek i węglowodanów wymaga różnych ilości tlenu. W konsekwencji rodzaj utlenionego substratu energetycznego wpłynie również na ilość wytwarzanego dwutlenku węgla.
QR = CO 2 wyprodukowany / O 2 zużyty
Biorąc pod uwagę, że każdy makroskładnik ma określony kod QR, poprzez ocenę tego parametru możliwe jest prześledzenie mieszaniny składników odżywczych metabolizowanych w spoczynku lub podczas określonej aktywności roboczej.
Współczynnik oddechowy węglowodanów
Ogólny wzór cząsteczkowy węglowodanu to Cn (H 2 O) n. Wynika z tego, że w cząsteczce węglowodanów proporcja między liczbą atomów wodoru i atomów tlenu jest stała i równa 2: 1. Aby utlenić ogólną heksozę (węglowodan z sześcioma atomami węgla, takimi jak glukoza), potrzebnych będzie sześć cząsteczek tlenu, w wyniku czego powstanie 6 cząsteczek dwutlenku węgla (C 6 H 12 0 6 + 60 2 → 6 H 2 0 + 6 C 2 ),
Iloraz oddechowy węglowodanów będzie zatem równy: 6CO2 / 6O2 = 1, 00
Współczynnik oddechowy lipidów
Lipidy różnią się od węglowodanów ich niższą zawartością tlenu proporcjonalnie do liczby atomów wodoru. W konsekwencji ich utlenianie wymaga większej ilości tlenu.
Biorąc za przykład kwas palmitynowy, odkrywamy, że podczas jego utleniania powstaje 16 cząsteczek dwutlenku węgla i wody na 23 cząsteczki zużytego tlenu. C16H32O2 + 23 O2 → 16 CO 2 + 16 H2O
Iloraz oddechowy będzie zatem równy: 16 CO 2/23 O 2 = 0, 696
Normalnie lipidom przypisuje się iloraz oddechowy równy 0, 7, pamiętając, że wartość ta waha się od 0, 69 do 0, 73 w stosunku do długości łańcucha węglowego, który charakteryzuje kwas tłuszczowy.
Iloraz oddechowy białek
Główną różnicą odróżniającą białka od tłuszczów i węglowodanów jest obecność atomów azotu. Z powodu tej różnicy chemicznej cząsteczki białek podążają konkretnym szlakiem metabolicznym. Wątroba musi najpierw wyeliminować azot w procesie zwanym deaminacją. Tylko wtedy pozostała część cząsteczki aminokwasu (zwana keto-kwasem) utlenia się do dwutlenku węgla i wody.
Podobnie jak lipidy, ketokwasy są również stosunkowo ubogie w tlen. Ich utlenianie doprowadzi zatem do wytworzenia ilości dwutlenku węgla niższej niż ilość zużytego tlenu.
Albumina, najobficiej występujące białko w osoczu, utlenia się zgodnie z następującą reakcją:
C 72H 112N 2O 22 S + 77O2 → 63CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO (NH2) 2
Iloraz oddechowy będzie zatem równy: 63 CO 2/77 O2 = 0, 818
Białko QR jest ustalane przez konwencję przy 0, 82 .
Znaczenie współczynnika oddechowego
Aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne organizmu, każdy z nas używa różnych mieszanek metabolicznych w stosunku do wysiłku fizycznego. Im bardziej intensywny, tym większy procent utlenionej glukozy. Duża część energii wytwarzanej w spoczynku pochodzi z metabolizmu kwasów tłuszczowych. Z tego powodu uzasadnione jest oczekiwanie, że iloraz oddechowy bliski 0, 7 pozostanie w spoczynku i wyższy podczas intensywnych ćwiczeń.
Wykonując czynności od bezwzględnego odpoczynku po lekkie ćwiczenia aerobowe, współczynnik oddechowy wynosi około 0, 82 ± 4%. Dane uzyskane eksperymentalnie świadczą o utlenianiu przez organizm mieszaniny złożonej z 60% tłuszczu i 40% węglowodanów (w spoczynku lub umiarkowanej aktywności fizycznej rola energetyczna białka jest znikoma, dlatego mówimy o współczynniku oddechowym niebiałkowym).
Każda wartość QR odpowiada kalorycznemu odpowiednikowi tlenu, który reprezentuje liczbę kalorii uwalnianych na litr O2. Dzięki tym danym można z dużą precyzją śledzić wydatek energetyczny aktywności roboczej. Przypuszczamy, że podczas umiarkowanego wysiłku tlenowego iloraz oddechowy, mierzony analizą gazu, wynosi 0, 86; sprawdzając konkretną tabelę stwierdzamy, że ekwiwalent energii na litr zużytego tlenu wynosi 4875 Kcal. W tym momencie, aby odkryć wydatek energetyczny ćwiczenia, wystarczy pomnożyć litry zużytego tlenu przez 4, 875.
Podczas intensywnego wysiłku fizycznego sytuacja zmienia się radykalnie, a iloraz oddechowy ulega dużym zmianom. Dzięki masowej produkcji kwasu mlekowego aktywowane są liczne pomocnicze mechanizmy metaboliczne, takie jak układy buforowe i hiperwentylacja. W obu przypadkach następuje wzrost eliminacji CO2, niezależnie od utleniania substratów energetycznych. Zwiększając dane obecne w liczniku (CO2) i utrzymując stałą mianownika (O2), iloraz oddechowy ulega skokowi, osiągając wartości wyższe niż jedność.
Podczas regeneracji po intensywnej aktywności, gdy część dwutlenku węgla jest używana do reformowania rezerw wodorowęglanów, iloraz oddechowy, z drugiej strony, spada poniżej wartości granicznej 0, 70.
Jest zatem jasne, że w takich sytuacjach współczynnik oddechowy nie odzwierciedla dokładnie tego, co dzieje się na poziomie komórkowym podczas utleniania substratów energetycznych. W takich przypadkach fizjolodzy oddychania wolą mówić o zewnętrznym współczynniku oddechowym lub związku między wymianami oddechowymi (R).
