[科普中國]-呼吸熵

呼吸熵（respiratory quotient ,RQ），定義為同一時間二氧化碳產(chǎn)生量和氧氣消耗量的比值。

簡介給人體提供主要能量的3類營養(yǎng)物質為是碳水化合物、脂肪和蛋白質。碳水化合物(分子式通常為CnH2nOn)，作為重要的能量底物，如將n = 6的葡萄糖作為底物，可以用如下的方程描述代謝反應過程：

這樣RQ就可以直接用產(chǎn)生的二氧化碳的體積除以消耗的氧氣的體積來進行計算。常用間接測熱法（indirect calorimetry，IC）來測量RQ，這樣我們就可以根據(jù)測出的RQ值大致區(qū)分細胞在不同狀態(tài)下的能量代謝。因此作為營養(yǎng)學中重要的臨床指標，RQ通常用于評定產(chǎn)生能量所消耗的底物的種類。生理學研究表明，RQ的波動范圍在0.67-1.3（figure1）。RQ為0.70時所使用的底物為脂肪，這是脂肪中C、H高而O相對少的緣故。蛋白質的RQ值較難測算，因為蛋白質在體內不能完全氧化，所以只能通過蛋白質分子中的碳、氫被氧化時所消耗的氧氣量和二氧化碳的產(chǎn)生量間接算出蛋白質的RQ為0.8。消耗碳水化合物時RQ為1。RQ的測量值理論上反映了在細胞水平上每種底物使用的百分比。

作為營養(yǎng)底物使用的指標，RQ可以指示營養(yǎng)過剩或營養(yǎng)不足的代謝結果。當營養(yǎng)不足時，促進體內所存儲脂肪的消耗，從而導致RQ的降低。相反地，當體內營養(yǎng)過剩的時會導致脂肪的形成，從而增加RQ值。在日常生活中，人們所攝取的營養(yǎng)物質是糖類（碳水化合物），脂肪和蛋白質的混合膳食，一般情況下，RQ在0.85左右。

在一般情況下，體內的能量來源主要是碳水化合物和脂肪的氧化，蛋白質的因素可以忽略不計。在長期將一定時間內產(chǎn)生的CO2量和消耗的O2量減去氧化分解蛋白質產(chǎn)生的CO2量和消耗的O2量，即為非蛋白質部分（碳水化合物和脂肪）氧化產(chǎn)生的CO2量和消耗的O2量。因此通常將一定時間內，氧化碳水化合物和脂肪產(chǎn)生的CO2量和消耗的O2量的比值，稱為非蛋白呼吸熵（nonproteinrespiratoryquotient, NPRQ）。在長期饑餓的情況下，體內的碳水化合物與脂肪耗竭，機體的能量主要來自蛋白質的分解。

影響因素及局限性臨床上根據(jù)RQ的值提供腸內和腸胃營養(yǎng)提供，但是目前這種根據(jù)RQ來指導營養(yǎng)供給的方法過于簡單，這種利用RQ的評定方法是建立在“穩(wěn)定狀態(tài)”的情況下，RQ也只是反映了底物的利用情況。然而，現(xiàn)實中存在很多可以影響RQ的因素。組織、細胞不僅能同時氧化分解各種營養(yǎng)物質，而且也使一種營養(yǎng)物質轉化為另一種營養(yǎng)物質。例如：碳水化合物轉化為脂肪時，RQ可能變大，甚至超過1。因為部分碳水化合物轉化為脂肪時，原來糖水化合物分子中的O2有剩余，這些O2可以參加氧化反應，相應地減少了從外界攝取的O2量。相反，脂肪轉化為糖時，RQ可能低于0.71。因為脂肪分子中含O2比例小，當轉化為碳水化合物時，機體攝取并消耗外界O2的量增加。此外，其他代謝反應對呼吸熵也有影響。例如：肌肉劇烈運動時，由于糖酵解增加，有大量乳酸進入血液，乳酸與體內碳酸鹽作用的結果，會有大量的CO2由肺排除，此時RQ將變大。又如，肺過度通氣、酸中毒等情況下，CO2大量排出，也出現(xiàn)RQ增大的情況。相反，肺通氣補足、堿中毒等情況下，RQ將降低。糖尿病患者呼吸熵偏低，接近0.71，說明碳水化合物利用發(fā)生障礙，機體主要依靠脂肪代謝功能，由此糖尿病患者呈現(xiàn)體重減輕，消瘦的明顯特征。

總之，根據(jù)機體消耗O2量與CO2產(chǎn)生量所測算的RQ雖然不能與理論數(shù)值精確吻合，因為個體原因也存在一定的差異，但在測量能量代謝率用于臨床粗略評估營養(yǎng)情況時，仍是一個重要的數(shù)據(jù)。

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[6]朱文玉主編.醫(yī)學生理學.第2 版.北京：北京大學醫(yī)學出版社，2009

本詞條內容貢獻者為:

張寬 - 教授 - 首都醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院