[科普中国]-呼吸熵

呼吸熵（respiratory quotient ,RQ），定义为同一时间二氧化碳产生量和氧气消耗量的比值。

简介给人体提供主要能量的3类营养物质为是碳水化合物、脂肪和蛋白质。碳水化合物(分子式通常为CnH2nOn)，作为重要的能量底物，如将n = 6的葡萄糖作为底物，可以用如下的方程描述代谢反应过程：

这样RQ就可以直接用产生的二氧化碳的体积除以消耗的氧气的体积来进行计算。常用间接测热法（indirect calorimetry，IC）来测量RQ，这样我们就可以根据测出的RQ值大致区分细胞在不同状态下的能量代谢。因此作为营养学中重要的临床指标，RQ通常用于评定产生能量所消耗的底物的种类。生理学研究表明，RQ的波动范围在0.67-1.3（figure1）。RQ为0.70时所使用的底物为脂肪，这是脂肪中C、H高而O相对少的缘故。蛋白质的RQ值较难测算，因为蛋白质在体内不能完全氧化，所以只能通过蛋白质分子中的碳、氢被氧化时所消耗的氧气量和二氧化碳的产生量间接算出蛋白质的RQ为0.8。消耗碳水化合物时RQ为1。RQ的测量值理论上反映了在细胞水平上每种底物使用的百分比。

作为营养底物使用的指标，RQ可以指示营养过剩或营养不足的代谢结果。当营养不足时，促进体内所存储脂肪的消耗，从而导致RQ的降低。相反地，当体内营养过剩的时会导致脂肪的形成，从而增加RQ值。在日常生活中，人们所摄取的营养物质是糖类（碳水化合物），脂肪和蛋白质的混合膳食，一般情况下，RQ在0.85左右。

在一般情况下，体内的能量来源主要是碳水化合物和脂肪的氧化，蛋白质的因素可以忽略不计。在长期将一定时间内产生的CO2量和消耗的O2量减去氧化分解蛋白质产生的CO2量和消耗的O2量，即为非蛋白质部分（碳水化合物和脂肪）氧化产生的CO2量和消耗的O2量。因此通常将一定时间内，氧化碳水化合物和脂肪产生的CO2量和消耗的O2量的比值，称为非蛋白呼吸熵（nonproteinrespiratoryquotient, NPRQ）。在长期饥饿的情况下，体内的碳水化合物与脂肪耗竭，机体的能量主要来自蛋白质的分解。

影响因素及局限性临床上根据RQ的值提供肠内和肠胃营养提供，但是目前这种根据RQ来指导营养供给的方法过于简单，这种利用RQ的评定方法是建立在“稳定状态”的情况下，RQ也只是反映了底物的利用情况。然而，现实中存在很多可以影响RQ的因素。组织、细胞不仅能同时氧化分解各种营养物质，而且也使一种营养物质转化为另一种营养物质。例如：碳水化合物转化为脂肪时，RQ可能变大，甚至超过1。因为部分碳水化合物转化为脂肪时，原来糖水化合物分子中的O2有剩余，这些O2可以参加氧化反应，相应地减少了从外界摄取的O2量。相反，脂肪转化为糖时，RQ可能低于0.71。因为脂肪分子中含O2比例小，当转化为碳水化合物时，机体摄取并消耗外界O2的量增加。此外，其他代谢反应对呼吸熵也有影响。例如：肌肉剧烈运动时，由于糖酵解增加，有大量乳酸进入血液，乳酸与体内碳酸盐作用的结果，会有大量的CO2由肺排除，此时RQ将变大。又如，肺过度通气、酸中毒等情况下，CO2大量排出，也出现RQ增大的情况。相反，肺通气补足、碱中毒等情况下，RQ将降低。糖尿病患者呼吸熵偏低，接近0.71，说明碳水化合物利用发生障碍，机体主要依靠脂肪代谢功能，由此糖尿病患者呈现体重减轻，消瘦的明显特征。

总之，根据机体消耗O2量与CO2产生量所测算的RQ虽然不能与理论数值精确吻合，因为个体原因也存在一定的差异，但在测量能量代谢率用于临床粗略评估营养情况时，仍是一个重要的数据。

扩展阅读[1]McClave S A, Lowen C C, Kleber M J, et al. Clinical use of the respiratory quotient obtained from indirect calorimetry[J]. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, 2003, 27(1): 21-26.

[2]Du Bois E F. CLINICAL CALORIMETRY Thirty-Fifth Paper. A GRAPHIC REPRESENTATION OF THE RESPIRATORY QUOTIENT AND THE PERCENTAGE OF CALORIES FROM PROTEIN, FAT, AND CARBOHYDRATE[J]. Journal of Biological Chemistry, 1924, 59(1): 43-49.

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[5]符小平. 谈有关呼吸熵的问题[J]. 生物学教学, 2006, 31(10): 66-67.

[6]朱文玉主编.医学生理学.第2 版.北京：北京大学医学出版社，2009

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张宽 - 教授 - 首都医科大学生物医学工程学院