Дыхательный коэффициент и коэффициент Рубнера, их изменения при патологии

Согласно Л.Р. Перельману, ДК есть отношение веса кислорода, выделенного организмом в составе выдыхаемой углекислоты, к весу поглощенного кислорода. По определению это безразмерная величина, выраженная в долях единицы.

При чисто углеводном окислении конечные продукты — только вода и двуокись углерода. Для окисления углеводов на каждый атом углерода требуется одна молекула 0₂ и получается одна же молекула СО₂, причем О₂ требуется только для окисления С, следовательно, по правилу Авогадро, объемы газов в числителе и знаменателе формулы ДК будут равны и при полном окислении чистых углеводов ДК=1.

Из расчета элементарной формулы жиров средний ДК для них получается 0,707 (К.Цунц, Ф. Меринг, 1883).

Это меньше 1 так как известная часть кислорода при окислении до конца жира израсходована на образование воды путем окисления Н, а кислород в составе данного продукта распада не учтен в выдохнутом СО₂. Поэтому на 100 молекул окисленного жира углекислого газа образуется только 70 молекул.

Наконец, окисление белков идет с образованием мочевины:

Карбамид содержит О, полученный при дыхании и учтенный в знаменателе формулы ДК, но не выделяется лёгкими в виде СО₂, а экскретируется почками и в малой степени — потовыми железами. Нуклеиновые кислоты метаболизируются с выделением в составе мочи тригидрок-сипуринового производного — мочевой кислоты, представляющей у человека конечный продукт их обмена. Наконец, при окислении белков и нуклеиновых кислот большая доля кислорода тратится на окисление водорода, которого в этих субстратах относительно больше, чем в углеводах. По этим причинам ДК при белковой и нуклеопротеидной диете не может быть равен единице и составляет около 0,809.

Таким образом, практически определив газообмен и рассчитав конкретный ДК для данного индивида на реальной смешанной диете, мы можем выбрать адекватный КЭ и получить ОО по данным поглощения кислорода. Поскольку, как уже сказано выше, в норме значение белков как энергосырья минимально (и может быть оценено отдельно по показателям азотистого баланса), колебания ДК между 1 и 0,7 будут отражать соотношение углеводов и жиров в окислительном катаболизме здорового индивида. Так, сразу по насыщении любой пищей он приближается к 1, так как немедленно утилизуирются, исключительно, углеводы.

Через 10-12 ч голодания он понижается вследствие перехода на утилизацию жира из депо. Значение ДК не исчерпывается его служебной ролью при проведении непрямой калориметрии. Он позволяет судить и о некоторых типовых расстройствах интер- медиарного обмена.

А. Биккельи О. Кауфман-Косла (1926) ввели понятие дизоксидативной карбонурии — состояния, при котором часть углерода не доокисляется до С0₂, а выходит из организма с мочой в виде промежуточных углеродокислородсодержащих продуктов.

Для полноты характеристики дизоксидативных состояний ДК сопоставляется с другим показателем: коэффициентом Рубнера,, или карбонурическим показателем, равным соотношению общего углерода и общего азота мочи:

Хотя основными формами экскреции конечных продуктов белкового и нуклеинового обмена у человека служат мочевина (на 80%) и мочевая кислота, коэффициент Рубнера в моче, в норме, выше, чем соотношение углерода и азота в чистых мочевине (0,43) и даже мочевой кислоте, так как с мочой теряются более углеродистые аминокислоты (физиологический дизоксидабеильный белковый углерод), составляющие 3-5% азота мочи в норме, а также креатинин и порфирины. При смешанной диете данный коэффициент укладывается в пределы 0,6-0,7.

Усиленное белковое питание, выраженный катаболизм белков, например при состояниях с отрицательным азотистым балансом (см. ниже — «Патофизиология белкового обмена»), таких как тяжелый стресс, последние дни голодания — могут привести к снижению этого коэффициента, а углеводистая диета, обусловливающая усиление выведения гликогенных аминокислот, а также состояния, сопровождаемые гипераминоацидурией и выведением избытка немочевинного азота (например, печеночная недостаточность, голодание, сахарный диабет, тяжелая мышечная работа) — к его повышению. При голодании (см. ниже) лишь в третий период из-за усиления распада белков коэффициент Рубнера снижается. В первый период он стабилен, во второй идет его повышение.

Классическая форма дизоксидативной карбонурии обуславливает при явном сахарном диабете понижение, на фоне неизмененной диеты ДК, при повышении коэффициента Рубнера.

Интересно, что данное нарушение общих обменных характеристик может быть зарегистрировано даже до появления выраженной глюкозурии и кетонурии, безусловно, повышающих карбонурический коэффициент. Большое значение имеет то, что С. Джослин называл «голоданием среди изобилия» — невозможность адекватной утилизации углеводов при диабете ведет к использованию жиров (см. ниже «Патофизиология сахарного диабета»).

По-видимому, не только глюкозурия и кетонурия, но и сильно выраженная аминоацидурия могут вызывать явление дизоксидативной карбонурии.

Липогенная дизоксидативная карбонурия сопровождает метаболическую ситуацию 2-го периода голодания с его кетоацидозом на почве усиленного липолиза и подавления использования ацетил-коэнзима А в цикле Кребса из-за расхода кетокислот в процессах глюконеогенеза, стимулированных глюкагоном. При этом ДК достигает 1 в первые дни голодания и падает до 0,7 при переходе на липидные эндогенные субстраты во 2 периоде голодания.

Л.Р. Перельман указывал, что дизоксидативная карбонурия сопровождает и гипови- таминозы по витаминам группы В.

Лихорадка характеризуется подъемом ДК до 1 в фазу подъема температуры. При длительных истощающих инфекциях с продукцией большого количества цитокинов — ИЛ-1 и ФНОа, подавляющих анаболические процессы в соматическом белковом отсеке — скелетных мышцах и других инсулинзависимых тканях. ДК может упасть до 0,7, отражая усиление катаболизма жиров и белков. В фазу падения температуры ДК нормализуется. В разгар лихорадки это сопровождается негативным азотистым балансом и понижением коэффициента Рубнера.

Особый интерес представляет позитивная карбонурия — повышение коэффициента Рубнера за счет ретенции азота и уменьшения знаменателя при отсутствии дизоксидации углеводов и неизменном числителе. Это бывает при выраженном положительном азотистом балансе — беременности, в период быстрого роста у детей, при акромегалии и формирующемся гигантизме, в фазу восстановления и усиленной регенерации после тяжелых инфекций, стрессов и травм.

При развитии алиментарного ожирения и паратрофии детей ДК может парадоксально повышаться и составлять больше 1, сигнализируя о массированном переходе углеводов в жиры.

При этом из 100 г углеводов формируется 42 г жиров, имеющих меньшее содержание О. Этот процесс освобождает 45 г СО₂, поэтому часть СО₂ при выдохе содержит эндогенный кислород из состава субстратов, который человек выдохнул, но не вдыхал.

Классический эксперимент М. Блейбтрея (1901) по откорму рождественского гуся позволил форсировать липогенез и получить у птицы ДК=1,33. Известно, что ДК= 1,01-1,08 — не редкость при ожирении, паратрофии и откармливании после голодания.

Рекордно низкие значения ДК отмечены при зимней спячке — до 0,46, что свидетельствует о задержке в организме или выделении с калом кислородосодержащих веществ и представляет уникальную особенность анабиотического обмена веществ в присутствии высоких уровней эндогенных опиатов и соматостатина.