Respiratorischer Quotient

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Der respiratorische Quotient (RQ) beschreibt in der Physiologie der Atmung das Verhältnis der in einer bestimmten Zeit ausgeatmeten Kohlenstoffdioxidmenge (CO2) zum gleichzeitig aus der Luft aufgenommenen Sauerstoff (O2). Die Mengen sind in Mol angegeben, der Faktor ist dimensionslos.

Der RQ hängt von der Art des verstoffwechselten Substrates ab; das bedeutet, dass er von Ruhe zu körperlicher Belastung schwankt. Dabei ist der RQ bei der Verstoffwechslung von Kohlenhydraten 1.0 (die stöchiometrischen Mengen von Kohlenstoff und Sauerstoff sind gleich), bei Fetten 0.7, und bei Proteinen 0.81. Der durchschnittliche RQ liegt in Mitteleuropa bei 0.82.

Bei Muskelarbeit können aus dem RQ Annahmen über die Stoffwechsellage und die verstoffwechselten Energieträger – im Wesentlichen Fette oder Kohlenhydrate – abgeleitet werden. Aus einem Wert wie dem o.g. 0.82 kann auf eine Verbrennung von etwa gleichen Teilen Fett und Kohlenhydraten geschlossen werden.

Bei schwerer körperlicher Belastung gilt in der Spiroergometrie ein RQ>1.1 als Zeichen der Ausbelastung des Probanden. Der respiratorische Quotient wird größer als 1, wenn durch anaerobe Glykolyse Laktat entsteht, was den Blut-pH-Wert senken würde (Azidose). Um die Säure zu puffern, wird in der Niere vermehrt Bicarbonat rückresorbiert. Katalysiert durch Carboanhydrase entsteht aus dem Bicarbonat CO2 und Wasser. Das überschüssige CO2 drückt den RQ über 1.

Ansonsten gelangt der RQ nur in Spezialfällen über 1: Bei der Tiermast werden so viele Kohlenhydrate verfüttert, dass sie in Fette umgebaut werden müssen, um sie zu speichern. Dabei haben Fette ein anderes C/O Verhältnis, wodurch endogen O2 freigesetzt wird, weshalb weniger O2 über die Lunge aufgenommen werden muss (CO2/O2 > 1). Bei Juvenilen wird wegen der Wachstumsprozesse ebenfalls viel Stoffumbau betrieben, was zur Folge hat, dass auch hier endogenes O2 gebildet wird. (Nach alternativer Hypothese wird in beiden Fällen kein endogenes O2, sondern nur Wasser frei, und relativ steigt der CO2-Ausstoß, was denselben Effekt auf den RQ hat.)

Ermittelt wird dieser Wert durch indirekte Kalorimetrie, auch im Rahmen von Spiroergometrien. Bei der Messung muss eine Mund und Nase dicht überdeckende Maske getragen werden, so dass aus der ein- und ausgeatmeten Luft kontinuierlich (breath-by-breath) die Differenz der Konzentration der oben genannten Gase zur bekannten stabilen Konzentration in der Umgebungsluft gemessen werden kann.

Bei Pflanzen gilt grundsätzlich dasselbe, nur dass der RQ in verschiedenen Geweben völlig anders ausfällt. In photosynthetisch inaktiven Zellen ist es prinzipiell wie bei Tieren (Zellatmung), allerdings ist der RQ in photosynthetisch aktiven Zellen absolut vom Typ der Pflanze (C3, C4, CAM) und dem situationsbedingten Gasaustausch abhängig (Stomaöffnung bestimmt über CO2-Partialdruck), weil eventuell Photorespiration auftreten könnte.

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Schopfer&Brennike, "Pflanzenphysiologie", 7. Auflage (2010)
  • Collaz, "Stoffwechselphysiologie der Tiere",Herder-Verlag (1979)