Respiratorischer Quotient
Der respiratorische Quotient (RQ) beschreibt im Zusammenhang mit der Sauerstoffatmung das Verhältnis der Menge des ausgeatmeten Kohlenstoffdioxids (CO2) in einer bestimmten Zeit im Vergleich zu der Menge des aufgenommenen Sauerstoffes (O2) in der gleichen Zeit.
$ RQ={\frac {V(CO_{2})*t^{-1}}{V(O_{2})*t^{-1}}} $
Der RQ hängt ab von der Art des verstoffwechselten Substrates, das bedeutet er schwankt von Ruhe zu körperlicher Belastung. Dabei ist der RQ bei der Ernährung mit Kohlenhydraten 1,0 (Stöchiometrische Menge Kohlenstoff und Sauerstoff im Kohlenhydrat sind gleich), bei Fetten 0,7 und bei Proteinen 0,81. Der durchschnittliche mitteleuropäische RQ liegt bei 0,82.
Bei Muskelarbeit können aus dem RQ Annahmen über die Stoffwechsellage und die verstoffwechselten Energieträger – also im Wesentlichen Fette oder Kohlenhydrate – abgeleitet werden. Aus einem Wert wie den o.g. 0,82 kann also auf eine Zusammensetzung der verstoffwechselten Energieträger geschlossen werden, bei der in etwa zu gleichen Teilen Fett und Kohlenhydrate verbrannt wurden.
Bei schwerer körperlicher Belastung gilt in der Spiroergometrie ein RQ>1,1 als Zeichen der Ausbelastung des Probanden.
Darüber hinaus 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 die Stöchiometrie wechselt, wodurch O2 endogen frei wird und somit den durch die Atmung aufzunehmenden O2 vermindert. In beiden Fällen besagt eine alternative Hypothese, dass dabei kein endogener O2 entsteht, sondern nur Wasser frei wird und daher relativ der CO2-Ausstoß erhöht wird, was denselben Effekt für 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
Schopfer&Brennike, "Pflanzenphysiologie", 7. Auflage (2010)
Collaz, "Stoffwechselphysiologie der Tiere",Herder-Verlag (1979)