El cociente respiratorio ( RQ o coeficiente respiratorio ) es un número adimensional que se utiliza en los cálculos de la tasa metabólica basal (TMB) cuando se estima a partir de la producción de dióxido de carbono. Se calcula a partir de la relación entre el dióxido de carbono producido por el cuerpo y el oxígeno consumido por el cuerpo, cuando el cuerpo está en un estado estable. Estas mediciones, como las mediciones de la captación de oxígeno, son formas de calorimetría indirecta . Se mide utilizando un respirómetro . El valor del cociente respiratorio indica qué macronutrientes se están metabolizando, ya que se utilizan diferentes vías de energía para las grasas, los carbohidratos y las proteínas. [1] Si el metabolismo consiste únicamente en lípidos, el cociente respiratorio es aproximadamente 0,7, para las proteínas es aproximadamente 0,8 y para los carbohidratos es 1,0. Sin embargo, la mayoría de las veces, el consumo de energía se compone tanto de grasas como de carbohidratos. El cociente respiratorio aproximado de una dieta mixta es 0,8. [1] Algunos de los otros factores que pueden afectar al cociente respiratorio son el equilibrio energético, la insulina circulante y la sensibilidad a la insulina. [2]
Se puede utilizar en la ecuación del gas alveolar .
La tasa de intercambio respiratorio ( RER ) es la relación entre la producción metabólica de dióxido de carbono (CO 2 ) y la captación de oxígeno (O 2 ). [3] [4]
La relación se determina comparando los gases exhalados con el aire ambiente. La medición de esta relación es igual a RQ solo en reposo o durante un ejercicio aeróbico leve a moderado sin acumulación de lactato . La pérdida de precisión durante un ejercicio anaeróbico más intenso se debe, entre otros factores, al sistema tampón de bicarbonato . El cuerpo intenta compensar la acumulación de lactato y minimizar la acidificación de la sangre expulsando más CO 2 a través del sistema respiratorio . [5]
El RER puede superar 1,0 durante el ejercicio intenso. Un valor superior a 1,0 no se puede atribuir al metabolismo del sustrato, sino a los factores antes mencionados relacionados con el almacenamiento de bicarbonato. [5] El cálculo del RER se realiza habitualmente junto con pruebas de ejercicio como la prueba de VO 2 máx . Esto se puede utilizar como un indicador de que los participantes se están acercando al agotamiento y a los límites de su sistema cardiorrespiratorio. Un RER mayor o igual a 1,0 se utiliza a menudo como criterio de valoración secundario de una prueba de VO 2 máx. [5]
El cociente respiratorio ( RQ ) es la relación:
RQ = CO2 eliminado / O2 consumido
donde el término "eliminado" se refiere al dióxido de carbono (CO 2 ) eliminado del cuerpo en un estado estable.
En este cálculo, el CO 2 y el O 2 deben expresarse en las mismas unidades y en cantidades proporcionales al número de moléculas. Los valores de entrada aceptables serían moles o volúmenes de gas a temperatura y presión estándar.
Muchas sustancias metabolizadas son compuestos que contienen únicamente los elementos carbono , hidrógeno y oxígeno . Algunos ejemplos son los ácidos grasos , el glicerol , los carbohidratos , los productos de desaminación y el etanol . Para la oxidación completa de dichos compuestos, la ecuación química es
C x H y O z + (x + y/4 - z/2) O 2 → x CO 2 + (y/2) H 2 O
y por lo tanto el metabolismo de este compuesto da un RQ de x/(x + y/4 - z/2).
Para la glucosa, con la fórmula molecular, C 6 H 12 O 6 , la ecuación de oxidación completa es C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O. Por lo tanto, RQ = 6 CO 2 / 6 O 2 =1.
Para la oxidación de una molécula de ácido graso, concretamente el ácido palmítico : [6]
Un RQ cercano a 0,7 indica que la grasa es la fuente de combustible predominante, un valor de 1,0 es indicativo de que los carbohidratos son la fuente de combustible predominante y un valor entre 0,7 y 1,0 sugiere una mezcla de grasas y carbohidratos. [6] En general, una dieta mixta se corresponde con un RER de aproximadamente 0,8. [7] Para las grasas, el RQ depende de los ácidos grasos específicos presentes. Entre los ácidos grasos almacenados comúnmente en los vertebrados, el RQ varía de 0,692 ( ácido esteárico ) hasta 0,759 ( ácido docosahexaenoico ). Históricamente, se suponía que la "grasa promedio" tenía un RQ de aproximadamente 0,71, y esto es cierto para la mayoría de los mamíferos, incluidos los humanos. Sin embargo, una encuesta reciente mostró que los animales acuáticos, especialmente los peces, tienen grasa que debería producir RQ más altos en la oxidación, llegando hasta 0,73 debido a las altas cantidades de ácido docosahexaenoico. [8]
El rango de coeficientes respiratorios para organismos en equilibrio metabólico generalmente varía de 1.0 (que representa el valor esperado para la oxidación pura de carbohidratos) a ~0.7 (el valor esperado para la oxidación pura de grasas). En general, las moléculas que están más oxidadas (por ejemplo, la glucosa) requieren menos oxígeno para metabolizarse completamente y, por lo tanto, tienen cocientes respiratorios más altos. Por el contrario, las moléculas que están menos oxidadas (por ejemplo, los ácidos grasos) requieren más oxígeno para su metabolismo completo y tienen cocientes respiratorios más bajos. Consulte BMR para una discusión sobre cómo se derivan estos números. Una dieta mixta de grasas y carbohidratos da como resultado un valor promedio entre estos números.
El valor RQ corresponde a un valor calórico por cada litro (L) de CO2 producido . Si se dispone de cifras de consumo de O2 , normalmente se utilizan directamente, ya que son estimaciones más directas y fiables de la producción de energía.
El RQ medido incluye una contribución de la energía producida a partir de las proteínas. Sin embargo, debido a la complejidad de las diversas formas en que se pueden metabolizar los diferentes aminoácidos, no se puede asignar un único RQ a la oxidación de las proteínas en la dieta.
La insulina, que aumenta el almacenamiento de lípidos y disminuye la oxidación de grasas, está asociada positivamente con aumentos en el cociente respiratorio. [2] Un balance energético positivo también conducirá a un aumento del cociente respiratorio. [2]
Las aplicaciones prácticas del cociente respiratorio se pueden encontrar en casos graves de enfermedad pulmonar obstructiva crónica , en los que los pacientes gastan una cantidad significativa de energía en el esfuerzo respiratorio. Al aumentar la proporción de grasas en la dieta, el cociente respiratorio se reduce, lo que provoca una disminución relativa de la cantidad de CO 2 producida. Esto reduce la carga respiratoria para eliminar CO 2 , reduciendo así la cantidad de energía gastada en las respiraciones. [9]
El cociente respiratorio puede utilizarse como indicador de sobrealimentación o subalimentación. La subalimentación, que obliga al cuerpo a utilizar las reservas de grasa, reducirá el cociente respiratorio, mientras que la sobrealimentación, que causa lipogénesis , lo aumentará. [10] La subalimentación se caracteriza por un cociente respiratorio inferior a 0,85, mientras que un cociente respiratorio superior a 1,0 indica sobrealimentación. Esto es particularmente importante en pacientes con sistemas respiratorios comprometidos, ya que un cociente respiratorio aumentado corresponde significativamente a una mayor frecuencia respiratoria y una disminución del volumen corriente , lo que coloca a los pacientes comprometidos en un riesgo significativo. [10]
Debido a su papel en el metabolismo, el cociente respiratorio puede utilizarse en el análisis de la función hepática y el diagnóstico de enfermedades hepáticas. En pacientes con cirrosis hepática , los valores del cociente respiratorio no proteico (npRQ) actúan como buenos indicadores en la predicción de la tasa de supervivencia general. Los pacientes que tienen un npRQ < 0,85 muestran tasas de supervivencia considerablemente más bajas en comparación con los pacientes con un npRQ > 0,85. [11] Una disminución en el npRQ corresponde a una disminución en el almacenamiento de glucógeno por el hígado. [11] Investigaciones similares indican que las enfermedades del hígado graso no alcohólico también están acompañadas por un valor bajo del cociente respiratorio, y el valor del cociente respiratorio no proteico fue un buen indicador de la gravedad de la enfermedad. [11]
Recientemente, el cociente respiratorio también se ha utilizado en los científicos acuáticos para ilustrar sus aplicaciones ambientales. Estudios experimentales con bacterioplancton natural utilizando diferentes sustratos individuales sugirieron que el RQ está vinculado a la composición elemental de los compuestos respirados. [12] De esta manera, se demuestra que el RQ del bacterioplancton no solo es un aspecto práctico de la determinación de la respiración del bacterioplancton, sino también una variable importante del estado del ecosistema que proporciona información única sobre el funcionamiento del ecosistema acuático . [12] Con base en la estequiometría de los diferentes sustratos metabolizados, los científicos pueden predecir que el oxígeno disuelto (O 2 ) y el dióxido de carbono (CO 2 ) en los ecosistemas acuáticos deberían covariar inversamente debido al procesamiento de la fotosíntesis y la respiración . [13] Usando este cociente podríamos arrojar luz sobre el comportamiento metabólico y los roles simultáneos del forzamiento químico y físico que dan forma a la biogeoquímica de los ecosistemas acuáticos. [13]
Pasando del nivel molecular y celular al nivel de ecosistema, varios procesos explican el intercambio de O 2 y CO 2 entre la biosfera y la atmósfera. Las mediciones de campo del consumo concurrente de oxígeno (-ΔO 2 ) y la producción de dióxido de carbono (ΔCO 2 ) se pueden utilizar para derivar un cociente respiratorio aparente (ARQ). [14] Este valor refleja un efecto acumulativo no solo de la respiración aeróbica de todos los organismos (microorganismos y consumidores superiores) en la muestra, sino también de todos los demás procesos biogeoquímicos que consumen O 2 sin una producción correspondiente de CO 2 y viceversa que influyen en el RQ observado.
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