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El cociente respiratorio, también conocido como coeficiente respiratorio, es el ratio entre el volumen de dióxido de carbono (CO2) que un organismo produce y el volumen de oxígeno (O2) que consume. Es una forma de calorimetría indirecta y medido en reposo es muy útil como estimación de la tasa metabólica basal, uno de los principales componentes del gasto energético. Se puede aplicar a los animales en general, y no sólo al humano. También ofrece información general sobre el estado metabólico al tener una relación directa con el nutriente metabolizado como fuente de energía por el organismo.
Cálculo y medición
El cociente respiratorio se calcula dividiendo el volumen de CO2 que se desprende y el volumen de O2 que se consume:
CR = \frac{V_{C}}{V_{O}} (cociente respiratorio)
Dónde:
CR es el cociente respiratorio
VC es el volumen de CO2 producido
VO es el volumen de O2 consumdio
En esta fórmula, los volúmenes de ambos gases han de expresarse en unidades que permitan conocer la equivalencia molar; las unidades más utilizadas son moles o volumen del gas en condiciones estándar de presión y temperatura (20º C y 1 atm). El resultado, el cociente respiratorio, es un unidad adimensional. Suele variar entre ≅0.7 y 1, dependiendo del sustrato metabólico, situándose en 0.8 de media en condiciones normales. Algunas situaciones metabólicas pueden hacer que sea superior a 1.
Para medir los volúmenes de ambos gases se utiliza un aparato conocido como respirómetro, generalmente en el interior de una cámara aislada, que permite obtener valores muy precisos de una forma mínimamente invasiva. El respirómetro más utilizado es el respirómetro de Ganong.
Significado y relación con los nutrientes energéticos
Las células animales utilizan el oxígeno para oxidar los nutrientes y obtener ATP, la molécula de cuya hidrólisis se obtiene la energía necesaria para los diferentes procesos celulares. Los hidratos de carbono y los ácidos grasos son los principales nutrientes energéticos, aunque también se pueden utilizar aminoácidos. En la reacción de oxidación, los electrones de los enlaces químicos en las moléculas de los nutrientes se combinan con oxígeno e hidrógeno para formar dióxido de carbono y agua; la energía liberada es utilizada para sintetizar ATP. La hidrólisis posterior del ATP libera de nuevo esta energía de forma utilizable por la célula.
La reacción general de oxidación de los sustratos metabólicos es:
CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O2 → x CO2 + (y/2) H2O
Por tanto, conociendo el volumen de oxígeno consumido y de dióxido de carbono producido se puede estimar el tipo de nutriente utilizado como sustrato metabólico:
CR Hidratos de carbono
La oxidación de hidratos de carbono (fórmula general CnH2nOn) se puede expresar como:
CnH2nOn + nO2 → nCO2 + nH2O
De la ecuación estequiométrica anterior se deduce una relación molecular 1 a 1 entre el oxígeno consumido y el CO2 producido (nO2 → nCO2). Por tanto, un CR igual 1 indica que el organismo está quemando carbohidratos. Cuándo se utilizan hidratos de carbono para la síntesis de lípidos, el CR es superior a 1. Esta situación se puede dar, por ejemplo, en animales que se preparan para la hibernación o en situaciones de sobrealimentación en las que se almacena el exceso de calorías en forma de grasa. En situaciones anaeróbicas el CR también será superior a 1 al producirse reacciones que liberan CO2 pero que no consumen O2.
CR Ácidos grasos
La oxidación de ácidos grasos (fórmula general (CH2O)3(CH2)3n(CO2H)3) se podría expresar como:
C3n+6H6n+9O9 + (4.5n + 3.75)O2 → (3n + 6)CO2 + (3n + 4.5)H2O
De la ecuación estequiométrica anterior se deduce que:
CR = (3n + 6) / (4.5n + 3.75) -> 3n / 4.5n = .667
De ahí que se hable de un CR ≈ 0.7 para lípidos, lo que implica un consumo superior de oxígeno que el metabolismo de hidratos de carbono.
CR aminoácidos
El CR para proteínas suele situarse entre 0.8 y 0.9, aunque, dada la complejidad y diferentes vías de metabolización energética de los aminoácidos, no se puede hablar de un CR general para proteínas.
Uso en medicina
El cociente respiratorio en medicina es utilizado como prueba diagnóstica que permite evaluar el estado metabólico del paciente. El uso más común es para calcular la tasa metabólica basal, medida que representa el gasto energético en reposo. Cambios en la tasa metabólica basal permiten identificar posibles alteraciones metabólicas que pueden estar causando algunos síntomas de enfermedad o que pueden ser en sí mismas síntomas de una enfermedad.
También es muy utilizado en la elaboración de orientaciones dietéticas, por ejemplo en pacientes graves en los que un exceso o deficiencia alimenticia puede suponer un problema importante. Otro de los campos dónde el cociente respiratorio es ampliamente utilizado es en los círculos deportivos para la elaboración de orientaciones dietéticas y de actividad física.