Частота дыхания является очень полезным параметром для оценки метаболической смеси, используемой в покое или во время физических упражнений. Из-за химических различий, которые их характеризуют, полная метаболизация жиров, белков и углеводов требует разного количества кислорода. Следовательно, тип окисленного энергетического субстрата также будет влиять на количество производимого диоксида углерода.
QR = CO 2 произведено / O 2 потреблено
Учитывая, что каждый макронутриент имеет определенный QR, путем оценки этого параметра можно отследить питательную смесь, метаболизирующуюся в покое или во время определенной рабочей активности.
Респираторный коэффициент углеводов
Общая молекулярная формула углевода Cn (H 2 O) n. Отсюда следует, что в молекуле углевода соотношение между числом атомов водорода и атомов кислорода фиксировано и равно 2: 1. Поэтому для окисления общей гексозы (углевода с шестью атомами углерода, такого как глюкоза) потребуется шесть молекул кислорода с последующим образованием 6 молекул углекислого газа (C 6 H 12 0 6 + 60 2 → 6H 2 0 + 6 CO 2 ),
Следовательно, дыхательный коэффициент углеводов будет равен: 6CO 2 / 6O 2 = 1, 00
Респираторный коэффициент липидов
Липиды отличаются от углеводов более низким содержанием кислорода пропорционально количеству атомов водорода. Следовательно, их окисление требует большего количества кислорода.
Взяв в качестве примера пальмитиновую кислоту, мы обнаруживаем, что при ее окислении образуются 16 молекул углекислого газа и воды на 23 молекулы потребляемого кислорода. C 16 H 32 O 2 + 23 O 2 → 16 CO 2 + 16 H 2 O
Следовательно, коэффициент дыхания будет равен: 16 CO 2/23 O 2 = 0, 696
Обычно липидам приписывают дыхательный коэффициент, равный 0, 7, имея в виду, что это значение находится в диапазоне от 0, 69 до 0, 73 по отношению к длине углеродной цепи, которая характеризует жирную кислоту.
Респираторный коэффициент белков
Основным отличием белков от жиров и углеводов является наличие атомов азота. Из-за этого химического различия молекулы белка следуют определенному метаболическому пути. Печень должна сначала удалить азот через процесс, называемый дезаминированием. Только тогда оставшаяся часть молекулы аминокислоты (так называемая кетокислота) может окислиться до углекислого газа и воды.
Как и липиды, кетокислоты также относительно бедны кислородом. Следовательно, их окисление приведет к образованию количества углекислого газа, меньшего, чем количество потребляемого кислорода.
Альбумин, самый распространенный белок в плазме, окисляется в соответствии со следующей реакцией:
C 72 H 112 N 2 O 22 S + 77O 2 → 63CO 2 + 38 H 2 O + SO 3 + 9 CO (NH 2 ) 2
Следовательно, коэффициент дыхания будет равен: 63 CO 2/77 O 2 = 0, 818.
Белок QR фиксируется условно на уровне 0, 82 .
Значение дыхательного коэффициента
Чтобы удовлетворить потребности организма в энергии, каждый из нас использует различные метаболические смеси в зависимости от физического усилия. Чем интенсивнее это, тем больше процент окисленной глюкозы. Большая часть энергии, получаемой в состоянии покоя, происходит от метаболизма жирных кислот. По этой причине вполне закономерно ожидать частоту дыхания, близкую к 0, 7 в покое, и более высокую во время интенсивных упражнений.
Выполняя упражнения в диапазоне от абсолютного отдыха до легких аэробных упражнений, коэффициент дыхания составляет около 0, 82 ± 4%. Эти данные, полученные экспериментально, свидетельствуют об окислении организмом смеси, состоящей из 60% жира и 40% углеводов (в состоянии покоя или умеренной физической активности энергетическая роль белка незначительна, поэтому мы говорим о небелковой частоте дыхания).
Каждое значение QR соответствует калорийному эквиваленту кислорода, который представляет количество калорий, выделяемых на литр O2. Благодаря этим данным можно с высокой точностью отслеживать энергозатраты на трудовую деятельность. Мы предполагаем, что во время умеренной аэробной нагрузки дыхательный коэффициент, измеренный газовым анализом, равен 0, 86; сверившись с конкретной таблицей, мы находим, что энергетический эквивалент на литр потребленного кислорода составляет 4875 ккал. На этом этапе для определения расхода энергии на упражнение будет достаточно умножить количество потребляемого кислорода на 4, 875.
Во время интенсивных физических усилий ситуация радикально меняется, и дыхательный фактор претерпевает большие изменения. Из-за массового производства молочной кислоты активируются многочисленные вспомогательные метаболические механизмы, такие как буферные системы и гипервентиляция. В обоих случаях наблюдается увеличение выведения CO2, независимо от окисления энергетических субстратов. При увеличении данных, присутствующих в числителе (CO2) и сохранении константы знаменателя (O2), коэффициент дыхания претерпевает скачок, достигающий значений, превышающих единицу.
Во время восстановления после интенсивной активности, когда часть диоксида углерода используется для реформирования запасов бикарбоната, коэффициент дыхания, с другой стороны, падает ниже предельного значения 0, 70.
Поэтому ясно, что в таких ситуациях дыхательный коэффициент не отражает точно, что происходит на клеточном уровне во время окисления энергетических субстратов. В этих случаях физиологи дыхания предпочитают говорить о внешнем дыхательном коэффициенте или взаимосвязи между дыхательными обменами (R).
