Respiratorischer Quotient IRQ) und Kohlendioxidabgabe

Die Anteile der unterschiedlichen energieliefernden Substanzen gehen aus dem respiratorischen Quotienten hervor. Beim letzteren handelt es sich um den Quotienten aus der Menge aufgenommenen Sauerstoffs zur Menge das abgegebenen Kohlendioxids (CO₂/CO₂). Der durchschnittliche RQ bei üblicher, gemischter Kost beträgt etwa 0,82 und ergibt ein zugehöriges KÄ von 20,2 kJ (4,83 Kcal) pro Liter O₂. Bei ausschließlicher Kohlenhydratverbrennung gäbe es eine Steigerung des RQ auf 1,0 (5,1 Kcal /lO₂), während er bei reiner Fettverbrennung auf 0,7 (4,69 Kcal /lO₂) sinken würde. Außerdem ermöglicht die Verwendung des KA die ständige Ermittlung des oxidaktiven Energieumsatzes durch die Bestimmung der pulmonalen Sauerstoffaufnahme.

Eventuelle Fehler schließt man aus, indem man den RQ über längere Perioden integriert. Etwaige Fehler können ihre Ursache im gegenseitigen Umbau von Nährstoffen oder in einem inkonstanten arteriellen CO₂ – Druck haben. Der Fehler, der durch das Einsetzen eines Durchschnittswerts gegenüber der maximal möglichen Abweichung des Energieäquivalents in Abhängigkeit vom RQ auftreten kann, beträgt maximal ± 4 %. Es hat sich als praktisch erwiesen, in der Arbeits- und Sportphysiologie nach Stegemann den Anteil des Eiweißstoffwechsels am Energieumsatz gänzlich außer Acht zu lassen. Dies beeinträchtigt den Arbeitsumsatz vor allem deshalb kaum, weil dieser nahezu ausschließlich aus Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel besteht.

Das Kohlendioxid als Endprodukt des aeroben Stoffwechsels verlässt den Körper über die Atmung. Die Kohlendioxidabgabe (VCO₂) ist diejenige Menge an Kohlendioxid, die pro Zeiteinheit von der Lunge an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Dieses Parameter, das die Abgaberate aller Gewebe einschließt, wird über die Spirometrie bestimmt. Im Ruhezustand des Körpers beträgt die abgeatmete Menge ca. 230 ml CO₂ /min. Die Höhe der CO₂- Abgabe wird im Wesentlichen durch drei Faktoren bestimmt:

• die Höhe des aeroben Energieumsatzes.
• Den Anteil des oxidaktiven Substrats an Kohlenhydraten und Fetten.
• Die Ventilation.

Zusätzlich entsteht bei Muskelarbeit CO₂ durch Pufferung von Laktat. Dieses erfolgt durch Austreibung von CO₂ aus den Bikarbonaten (H₂CO₂). Bei ansteigender Belastung zeigt die CO2 – Abgabe keinen streng linearen Verlauf. VCO₂ nimmt ab etwa 70 % der VO₂max exponentiell zu. Im Vergleich mit der O₂ – Aufnahme ist der Anstieg etwas steiler, bis sich bei einem RQ von 1 beide Linien kreuzen.

In Grenzbereichen der Leistungsfähigkeit beobachtet man einen Anstieg des RQ über 1,0 infolge der Arbeits-Hyperventilation, der seine Ursache in einer metabolischen Azidose des Blutes hat, der wiederum eine vermehrte Laktatbildung im arbeitenden Muskel zugrunde liegt.

In solchen Phasen übersteigt die Menge an abgeatmetem CO₂ dem an gebildetem .Die Art der verbrannten Nährstoffe ist aus der Größe des RQ abzuleiten. Es liegt aber nahe, dass er von anderen Faktoren beeinflusst wird, da sein Wert nicht nur zwischen 0,7 (Fette) und 1,0 (Kohlenhydrate) schwankt.

Außer dem Nährstofftyp spielen Hyperventilation und Nährstoffumbau hierbei eine Rolle. Eine erschöpfende körperliche Belastung, metabolische Azidose oder aber auch respiratorische Alkalose können zu solch einer Hyperventilation fuhren, die den RQ bis auf 1,4 und höher ansteigen kann.

Bei reichlicher Zufuhr von Kohlenhydraten (Kohlenhydratmast) entstehen vermehrt Fette. Diese enthalten weniger Sauerstoff als die Kohlenhydrate, und deshalb wird im Stoffwechsel Sauerstoff frei, was zur Senkung der durch die Lunge aufgenommenen Sauerstoffmenge führt; dies gipfelt in einem Ausstieg des RQ auf Werte über 1,0. Um eine genaue Deutung des Energiestoffwechsels über den RQ zu gewährleisten scheint es also eminent wichtig zu sein, sich über eine eventuelle Beeinflussung der Messung durch die oben genannten Faktoren zu vergewissern. Diese Fehlerquellen rühren daher, dass die Überlegungen zur Bestimmung des Energiestoffwechsels sich immer dem Zellstoffwechsel als Grundlage bedienen Normalerweise müssten zur Bestimmung eines den Stoffwechsel beschreibenden RQ (Metabolischer RQ) die CO₂-Produktion und der O₂- Verbrauch vor und hinter dem beteiligten Organ gemessen werden.

Da dies sich beim Menschen nicht realisieren lässt, wird hier RQ über die äußere Atmung ermittelt. Der so ermittelte „Ventilations–RQ“ gibt zuerst die momentanen Ventilationsverhältnisse der Atemgase CO₂ und O₂ wieder. Nach Nowackis Auffassung ist es allerdings nur statthaft, ihn lediglich bei Ruheatmung und evtl. Bei Arbeiten im „steady state“ mit dem Metabolischen RQ gleichzusetzen.

Demzufolge kann die Ermittlung des Ventilations –RQ bei körperlicher Arbeit nur dann den metabolischen Verhältnissen entsprechen, wenn es eine konstante Atmung über eine längere Zeit gibt (steady state). Laut Stegemann ist es ebenso möglich, den Metabolischen RQ bei einer Integration des Ventilations –RQ über einen längeren Zeitraum abzuleiten.

Im Ruhezustand ist der RQ –Wert mehr oder weniger konstant. Bei beginnender körperlicher Belastung sinkt er in den ersten Minuten unter den Ruhewert, weil CO₂ im Fett vermehrt gelöst und O₂ mehr aufgenommen wird. Wenn dabei eine Sättigung des Fettes eingetreten ist, steigt CO₂ im Blut wieder an, wodurch auch der RQ ansteigt. Hält die Belastung über mehrere Stunden an, beobachtet man wiederum eine Senkung des RQ, die durch erschöpfte Glykogendepots und die zunehmende Fettverbrennung bedingt ist.

In der Erholung steigt der RQ zunächst für kurze Zeit an. Die Höhe des Anstiegs wird durch Art und Größe der Leistung, Konstitution, Alter, Geschlecht, Trainingszustand bestimmt. Der RQ kann dann 1,5 – 2,0 betragen. Dies liegt wahrscheinlich an der noch anhaltenden, vermehrten CO₂-Abatmung bei schnell abfallender VO₂. Nach wenigen Minuten fällt der RQ umgekehrt proportional zur körperlichen Leistungsfähigkeit bis teilweise unter den Ruhewert.

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