Респираторный коэффициент - Respiratory quotient

В респираторный коэффициент (или же RQ или же респираторный коэффициент), это безразмерное число используется в расчетах базальная скорость метаболизма (BMR) при оценке по производству диоксида углерода. Он рассчитывается на основе отношения углекислого газа, производимого организмом, к потребляемому им кислороду. Такие измерения, как измерения поглощения кислорода, являются формами косвенного калориметрия. Он измеряется с помощью респирометр. Значение респираторного коэффициента указывает, какие макронутриенты 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 уравнение альвеолярного газа.

Расчет

Дыхательный коэффициент (RQ) - соотношение:

RQ = CO2 исключены / O2 употреблено

где термин «удаленный» относится к диоксиду углерода (CO2) снята с кузова.

В этом расчете CO2 и O2 должны быть даны в тех же единицах и в количествах, пропорциональных количеству молекул. Допустимые исходные данные: родинки, или же 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, дезаминирование продукты и этиловый спирт. Для полного окисления таких соединений химическое уравнение имеет вид

CИксЧАСуОz + (х + у / 4 - z / 2) O2 → х CO2 + (г / 2) H2О

и, таким образом, метаболизм этого соединения дает RQ x / (x + y / 4 - z / 2).

Для глюкозы с молекулярной формулой C6ЧАС12О6, полное уравнение окисления C6ЧАС12О6 + 6 O2 → 6 СО2+ 6 часов2О. Таким образом, RQ = 6 CO2/ 6 O2=1.

Для жиров RQ зависит от конкретных присутствующих жирных кислот. Среди жирных кислот, которые обычно хранятся 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). Как правило, более окисленные молекулы (например, глюкоза) требуют меньше кислорода для полного метаболизма и, следовательно, имеют более высокий респираторный коэффициент. И наоборот, менее окисленным молекулам (например, жирным кислотам) требуется больше кислорода для их полного метаболизма, и они имеют более низкий респираторный коэффициент. Видеть BMR для обсуждения того, как эти числа получены. Смешанная диета, состоящая из жиров и углеводов, дает среднее значение между этими числами.

RQ значение соответствует калорийности для каждого литра (л) CO2 произведено. Если O2 имеются данные о потреблении, обычно они используются напрямую, поскольку представляют собой более прямые и надежные оценки производства энергии.

RQ при измерении включает вклад энергии, производимой из белка. Однако из-за сложности различных способов метаболизма разных аминокислот, ни один RQ может быть назначено окисление белков в пище.

Инсулин, который увеличивает запасы липидов и снижает окисление жиров, положительно связан с увеличением респираторного коэффициента.[2] Положительный энергетический баланс также приведет к увеличению дыхательного коэффициента.[2]

Приложения

Практическое применение респираторного коэффициента можно найти в тяжелых случаях хроническая обструктивная болезнь легких, при котором пациенты тратят значительное количество энергии на дыхательные усилия. При увеличении доли жиров в рационе дыхательный коэффициент снижается, вызывая относительное уменьшение количества CO.2 произведено. 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 при перекармливании - липогенез, увеличит его.[5] Недоедание обозначается респираторным коэффициентом ниже 0,85, а респираторный коэффициент больше 1,0 указывает на перекорм. Это особенно важно для пациентов с нарушением дыхательной системы, поскольку повышенный респираторный коэффициент значительно соответствует увеличению частоты дыхания и снижению дыхательный объем, подвергая скомпрометированных пациентов значительному риску.[5]

Из-за его роли в метаболизме дыхательный коэффициент может использоваться для анализа функции печени и диагностики заболеваний печени. У пациентов, страдающих цирроз печени значения небелкового респираторного коэффициента (npRQ) служат хорошими индикаторами при прогнозировании 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] Подобные исследования показывают, что неалкогольные жировые заболевания печени также сопровождаются низким значением респираторного коэффициента, а значение небелкового респираторного коэффициента является хорошим показателем тяжести заболевания.[6]

Недавно ученые-водники использовали респираторный коэффициент для освещения его применения в окружающей среде. Экспериментальные исследования с натуральными бактериопланктон Использование различных одиночных субстратов позволило предположить, 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 (O2) и углекислый газ (CO2) в водных экосистемах должны изменяться обратно пропорционально из-за переработки фотосинтез и дыхание.[8] Используя этот коэффициент, мы могли бы пролить свет на метаболическое поведение и одновременную роль химического и физического воздействия, которое формирует биогеохимия водных экосистем. [8]

Респираторные коэффициенты некоторых веществ

Название веществаРеспираторный коэффициент
Углеводы1
Белки0.8 - 0.9[1]
Кетоны (эвкалорий)0.73[9]
Кетоны (гипокалорийный)0.66[10][11][12]
Триолеин (Толстый)0.71
Олеиновая кислота (Толстый)0.71
Трипальмитин (Толстый)0.7
Яблочная кислота1.33
Винная кислота1.6
Щавелевая кислота4.0

[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Widmaier, Eric P .; Рафф, Хершель; Стрэнг, Кевин Т. (2016). Физиология человека Вандера: механизмы функционирования тела (14-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN  9781259294099.
  2. ^ а б c 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. Дои:10.1038 / oby.2010.96. ISSN  1930-7381. ЧВК  3075532. PMID  20448540.
  3. ^ Цена, E.R .; Магер, Э. М. (2020). «Респираторный коэффициент: влияние состава жирных кислот». Журнал экспериментальной зоологии. 333: 613–618. Дои:10.1002 / jez.2422. PMID  33063463.
  4. ^ Kuo, C.D .; Shiao, G.M .; Ли, Дж. Д. (1993-07-01). «Влияние диет с высоким содержанием жиров и углеводов на газообмен и вентиляцию у пациентов с ХОБЛ и здоровых людей». Грудь. 104 (1): 189–196. Дои:10.1378 / сундук.104.1.189. ISSN  0012-3692. PMID  8325067.
  5. ^ 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». JPEN. Журнал парентерального и энтерального питания. 27 (1): 21–26. Дои:10.1177/014860710302700121. ISSN  0148-6071. PMID  12549594.
  6. ^ а б c Нисикава, Хироки; Эномото, Хираюки; Ивата, Йошинори; Кишино, Кёхей; Шимоно, Йошихиро; Хасэгава, Кунихиро; Накано, Чикаге; Таката, Ре; Исии, Акио (01.01.2017). «Прогностическое значение небелкового респираторного коэффициента у пациентов с циррозом печени». Лекарство. 96 (3): e5800. Дои:10.1097 / MD.0000000000005800. ISSN  1536-5964. ЧВК  5279081. PMID  28099336.
  7. ^ 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. Дои:10.1038 / ismej.2011.157. ISSN  1751-7362. ЧВК  3329109. PMID  22094347.
  8. ^ а б Вашон, Доминик; Садро, Стивен; Богард, Мэтью Дж .; Лапьер, Жан-Франсуа; Baulch, Helen M .; Русак, Джеймс А .; Denfeld, Blaize A .; Лаас, Ало; Клаус, Маркус; Карлссон, Ян; Вейхенмейер, Геса А. (август 2020 г.). «Парные измерения O 2 –CO 2 позволяют быстро понять функцию водной экосистемы». Письма по лимнологии и океанографии. 5 (4): 287–294. Дои:10.1002 / лол2.10135. ISSN  2378-2242.
  9. ^ 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. Дои:10.1016 / j.seizure.2008.06.001. PMID  18675556. S2CID  2393385.
  10. ^ 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. Дои:10.1093 / ajcn / 83.5.1055. PMID  16685046.
  11. ^ Финни, Стивен Д .; Хортон, Эдвард С .; Sims, 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. Дои:10.1172 / JCI109945. ЧВК  371554. PMID  7000826.
  12. ^ Owen, O.E .; Morgan, A. P .; Kemp, H.G .; Sullivan, J.M .; Herrera, M. G .; Кэхилл, Дж. Ф. (1967). «Метаболизм мозга во время голодания *». Журнал клинических исследований. 46 (10): 1589–95. Дои:10.1172 / JCI105650. ЧВК  292907. PMID  6061736.
  13. ^ Telugu Academi, учебник по ботанике, версия 2007 г.[требуется проверка ]

внешняя ссылка