Le quotient respiratoire est un paramètre très utile pour évaluer le mélange métabolique utilisé au repos ou pendant un exercice physique. En raison des différences chimiques qui les caractérisent, la métabolisation complète des graisses, des protéines et des glucides nécessite différentes quantités d'oxygène. Par conséquent, le type de substrat énergétique oxydé affectera également la quantité de dioxyde de carbone produite.
QR = CO 2 produit / O 2 consommé
Étant donné que chaque macronutriment a une réponse spécifique, il est possible, en évaluant ce paramètre, de suivre le mélange de nutriments métabolisé au repos ou au cours d’une activité de travail donnée.
Quotient respiratoire de glucides
La formule moléculaire générique d'un glucide est Cn (H 2 O) n. Il en résulte que dans une molécule de glucagon, la proportion entre le nombre d'atomes d'hydrogène et ceux d'oxygène est fixée à 2: 1. Pour oxyder un hexose générique (glucide à six atomes de carbone tel que le glucose), il faudra donc six molécules d'oxygène, entraînant la formation de 6 molécules de dioxyde de carbone (C 6 H 12 0 6 + 60 2 → 6H 2 0 + 6 CO 2 ). .
Le quotient respiratoire des glucides sera donc égal à: 6CO 2 / 6O 2 = 1, 00
Quotient respiratoire des lipides
Les lipides se distinguent des glucides par leur teneur en oxygène plus faible proportionnellement au nombre d'atomes d'hydrogène. En conséquence, leur oxydation nécessite une plus grande quantité d'oxygène.
Prenant l'exemple de l'acide palmitique, nous constatons que lors de son oxydation, 16 molécules de dioxyde de carbone et d'eau sont formées pour 23 molécules d'oxygène consommées. C 16 H 32 O 2 + 23 O 2 → 16 CO 2 + 16 H 2 O
Le quotient respiratoire sera donc égal à: 16 CO 2/23 OR 2 = 0, 696
On attribue normalement aux lipides un quotient respiratoire égal à 0, 7, sachant que cette valeur varie de 0, 69 à 0, 73 en fonction de la longueur de la chaîne carbonique qui caractérise l’acide gras.
Quotient respiratoire de protéines
La principale différence entre les protéines et les lipides et les glucides réside dans la présence d'atomes d'azote. En raison de cette différence chimique, les molécules de protéines suivent une voie métabolique particulière. Le foie doit tout d'abord éliminer l'azote par un processus appelé désamination. À ce stade seulement, la partie restante de la molécule d’acide aminé (appelée cétoacide) peut s’oxyder en dioxyde de carbone et en eau.
Comme les lipides, les cétoacides sont également relativement pauvres en oxygène. Leur oxydation conduira donc à la formation de moins de dioxyde de carbone que l'oxygène consommé.
L'albumine, la protéine plasmatique la plus abondante, s'oxyde selon la réaction suivante:
C 72 H 112 N 2 O 22 S + 77 O 2 → 63 CO 2 + 38 H 2 O + SO 3 + 9 CO (NH 2 ) 2
Le quotient respiratoire sera donc égal à: 63 CO 2/77 OU 2 = 0, 818
Le QR des protéines est fixé, par convention, à 0, 82 .
Signification du quotient respiratoire
Pour satisfaire les besoins énergétiques de l'organisme, chacun de nous utilise différents mélanges métaboliques en relation avec l'effort physique. Plus cela est intense, plus le pourcentage de glucose oxydé sera élevé. Une bonne partie de l'énergie produite au repos provient plutôt de la métabolisation des acides gras. Pour cette raison, il est raisonnable de s'attendre à un quotient respiratoire proche de 0, 7 au repos et au-dessus pendant un exercice intense.
Exerçant des activités allant du repos absolu aux exercices aérobiques légers, le quotient respiratoire est d'environ 0, 82 ± 4%. Ces données, obtenues expérimentalement, témoignent de l'oxydation par l'organisme d'un mélange composé à 60% de matières grasses et à 40% de glucides (dans des conditions de repos ou d'activité physique modérée, le rôle énergétique des protéines est négligeable, on parle donc de quotient respiratoire non protéique).
Pour chaque valeur QR correspond un équivalent calorique d'oxygène qui représente le nombre de calories libérées par litre d'O2. Grâce à ces données, il est possible de suivre avec une grande précision la dépense énergétique d'une activité professionnelle. Nous émettons l'hypothèse que, lors d'un exercice aérobie modéré, le quotient respiratoire, mesuré par l'analyse des gaz, est égal à 0, 86; en consultant un tableau spécifique, nous obtenons que l'équivalent énergétique par litre d'oxygène consommé est de 4 875 Kcal. À ce stade, pour découvrir la dépense énergétique de l'exercice, il suffira de multiplier le nombre de litres d'oxygène consommé par 4 875.
Pendant un effort physique intense, la situation change radicalement et le quotient respiratoire subit de grands changements. En raison de la production massive d'acide lactique, de nombreux mécanismes métaboliques auxiliaires sont activés, tels que les systèmes tampons et l'hyperventilation. Dans les deux cas, l'élimination du CO2 augmente, indépendamment de l'oxydation des substrats énergétiques. En augmentant les données présentes dans le numérateur (CO2) et en maintenant le dénominateur (O2) constant, le quotient respiratoire subit une poussée atteignant des valeurs supérieures à l'unité.
Lors de la récupération après une activité intense, lorsqu'une partie du dioxyde de carbone est utilisée pour reformer les réserves de bicarbonate, le quotient respiratoire tombe en dessous de la valeur limite de 0, 70.
Il est donc clair que dans ces situations, le quotient respiratoire ne reflète pas exactement ce qui se passe au niveau cellulaire lors de l’oxydation des substrats énergétiques. Dans ces cas, les physiologistes respiratoires préfèrent parler de quotient respiratoire externe ou de rapport d'échanges respiratoires (R).
