Respiratorischer Quotient

Der respiratorische Quotient (RQ) ist das Verhältnis:

RQ = ausgeschiedenes CO2 / verbrauchter O2

wobei sich der Begriff „ausgeschieden“ auf das aus dem Körper entfernte Kohlendioxid (CO2) bezieht.

Bei dieser Berechnung müssen CO2 und O2 in denselben Einheiten und in Mengen angegeben werden, die proportional zur Anzahl der Moleküle sind. Akzeptable Eingaben wären entweder Mole oder Gasvolumen bei Standardtemperatur und -druck.

Viele metabolisierte Substanzen sind Verbindungen, die nur die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Beispiele sind Fettsäuren, Glycerin, Kohlenhydrate, Desaminationsprodukte und Ethanol. Für die vollständige Oxidation solcher Verbindungen lautet die chemische Gleichung

CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O2 → x CO2 + (y/2) H2O

und somit ergibt der Stoffwechsel dieser Verbindung einen RQ von x/(x + y/4 – z/2).

Für Glukose mit der Summenformel C6H12O6 lautet die Gleichung für die vollständige Oxidation C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O. Somit ist der RQ= 6 CO2/ 6 O2=1.

Bei Fetten hängt der RQ von den vorhandenen Fettsäuren ab. Bei den in Wirbeltieren häufig gespeicherten Fettsäuren variiert der RQ von 0,692 (Stearinsäure) bis zu 0,759 (Docosahexaensäure). Früher ging man davon aus, dass „durchschnittliches Fett“ einen RQ von etwa 0,71 hat, und dies gilt für die meisten Säugetiere einschließlich des Menschen. Eine neuere Untersuchung hat jedoch gezeigt, dass Wassertiere, insbesondere Fische, Fett haben, das bei der Oxidation höhere RQs ergeben sollte, die aufgrund der hohen Mengen an Docosahexaensäure bis zu 0,73 erreichen.

Die Spanne der Atmungskoeffizienten für Organismen, die sich im metabolischen Gleichgewicht befinden, reicht in der Regel von 1,0 (was dem erwarteten Wert für die reine Kohlenhydratoxidation entspricht) bis ~0,7 (dem erwarteten Wert für die reine Fettoxidation). Im Allgemeinen benötigen Moleküle, die stärker oxidiert werden (z. B. Glukose), weniger Sauerstoff, um vollständig verstoffwechselt zu werden, und haben daher höhere Respirationsquotienten. Umgekehrt benötigen Moleküle, die weniger oxidiert werden (z. B. Fettsäuren), mehr Sauerstoff für ihren vollständigen Stoffwechsel und haben niedrigere Respirationsquotienten. Wie diese Zahlen zustande kommen, wird unter BMR erläutert. Eine gemischte Ernährung aus Fett und Kohlenhydraten führt zu einem Durchschnittswert zwischen diesen Zahlen.

Der RQ-Wert entspricht einem Kalorienwert für jeden Liter (L) erzeugtes CO2. Wenn Zahlen zum O2-Verbrauch verfügbar sind, werden sie in der Regel direkt verwendet, da sie eine direktere und zuverlässigere Schätzung der Energieproduktion darstellen.

RQ, wie er gemessen wird, enthält einen Beitrag der aus Eiweiß gewonnenen Energie. Aufgrund der Komplexität der verschiedenen Wege, auf denen verschiedene Aminosäuren verstoffwechselt werden können, kann jedoch kein einzelner RQ der Oxidation von Eiweiß in der Nahrung zugeordnet werden.

Insulin, das die Fettspeicherung erhöht und die Fettoxidation verringert, ist positiv mit einem Anstieg des Respirationsquotienten verbunden. Eine positive Energiebilanz führt ebenfalls zu einem erhöhten respiratorischen Quotienten.