RER und Hyperventilation

Die respiratorische Austauschrate (RER) von VCO2 zu VO2 kann nur dann als Maß für den Anteil von Glucose bzw von Fettsäuren an der Energiebereitstellung verwendet werden, wenn keine andere Quelle für das ausgeatmete CO2 als das Produkt der Oxidation (CO2) .

Wie massiv eine vermehrte Atmung, eine Hyperventilation, die RER beeinflussen kann, zeigt der in der Abbildung dargestellte Selbstversuch.

Die Abbildung zeigt den Einfluss der Hyperventilation auf den RER in einem Selbstversuch. Nach einer Äquilibrierungs-Phase von 7 Minuten wurde das Atem-Minutenvolumen (grau) so lange gesteigert, bis sich die endexpiratorische CO2-Konzentration (PetCO2, blau) von etwa 40 mm Hg auf unter 30 mm Hg gesenkt hatte. Im weiteren Verlauf wurde der PetCO2 durch Anpassung des Atemminutenvolumens konstant bei 28 – 30 mm Hg gehalten. Nach 10 minütiger Hyperventilation wurde durch gezielte Hypoventilation versucht, den Ausgangswert des endexpiratorischen PetCO2 wieder zu erreichen. Auf die extreme Reaktion des RER (orange) wird im Text eingegangen. Der theoretisch mögliche Bereich des RER ist hellgrün dargestellt.

In dem oben dargestellten Selbstversuch wird die Hyperventilation an dem erreichten PetCO2, dem CO2-Partialdruch am Ende der Ausatmungsphase nachgewiesen. Unter Normalbedingungen liegt dieser zwischen 35 und 45 mm Hg. Zu Beginn des Versuchs lag der PetCO2  knapp über 40 mm Hg. Das Atemminutenvolumen bei 7,5 l. Unter diesen „Ruhe-Bedingungen“ wurde ein RER vom um 0,8 gemessen.

Nach 7 Minuten wurde das Atemminutenvolumen schnell gesteigert, bis dass ein PetCO2 von < 30 mm Hg erreicht war. Zur Orientierung wurde der PetCO2 für die Versuchsperson am Spirometer ständig sichtbar gemacht. Nach der anfänglich notwendigen massiven Hyperventilation zur Erreichung eines niedrigen PetCO2  konnte das Atemminutenvolumen unter Beibehaltung des PetCO2 von unter 30 mm Hg successive reduziert werden. Nach etwa 7 Minuten wurde ein Steady State erreicht bei einem Atemminutenvolumen von gut 10 l.

Der RER stieg  mit Beginn der Hyperventilation innerhalb kürzester Zeit auf Werte bis zu 2 an! Biochemisch gibt es keinen Stoffwechselvorgang, bei dem es ein solches Ergebnis in Folge der Energiebereitstellung auftreten könnte! Werte knapp über 1 können allenfalls bei der Stopfgans erreicht werden, wenn sie aus den massiv zugefügten Kohlenhydraten Fette macht! Die durch Hyperventilation zusätzlich ausgelöste Ausatmung von CO2 verfälscht den RER völlig! Von verschiedenen Herstellern von Spiroergometrie-Geräten wird das Verhältnis von Glucose zu Fettsäuren, die zur Energiebereitstellung verwendet werden, für jeden einzelnen Atemzug berechnet. Ein kurzes tieferes Durchatmen des Probanden erhöht die Ausatmung von CO2 erheblich, die Aufnahme von O2 deutlich geringer. Der RER steigt sofort an. Mit einem anderen Verhältnis bei der Energiebereitstellung auf zellulärer Ebene hat das nichts zu tun. Das Vorgehen von Atemzug zu Atemzug sich erheblich ändernde Verhältnisse von Fetten zu Glucose an der Energiebereitstellung anzugeben ist völlig absurd und sollte unbedingt aus der Software herausgenommen werden!

Im weiteren Verlauf der Hyperventilation sank der RER allerdings wieder und erreichte im Steady State der Hyperventilation nach ca. 7 Minuten wieder den Ausgangswert! Ab diesem Zeitpunkt wurde durch die Hyperventilation keine zusätzliche CO2 in die Atemluft mehr abgegeben! Während dieser Zeitspanne dürfte die RER wieder einen Aufschluss über das Verhältnis von Glucose zu Fett bei der Energiebereitstellung darstellen.

Nach insgesamt 10 Minuten Dauer wurde die Hyperventilation durch bewusste Hypoventilation zügig beendet, was an den ansteigenen PetCO2-Werten und an dem sehr niedrigen Atemminutenvolumen abgelesen werden kann. Schon nach etwa 6 – 7 Minuten wurden wieder normale PetCO2-Werte erreicht.

Der RER sank kräftig ab bis auf 0,57 ab, einen Wert, der nur mit einem Rückhalten des CO2 im Organismus erklärt werden kann. Bis zum Ende des Versuchs stieg der RER dann wieder zum Ausgangswerte an.

Quintessenz:

  • Zu Beginn einer Hyperventilation steigt der RER massiv an.
  • Im Steady State hat die Hyperventilation keinen messbaren Einfluss auf den RER, der dann auch wieder einen Rückschluss auf das Verhältnis von Glucose zu Fettsäuren bei der Energiebereitstellung zulässt.
  • Bei Nachlassen oder Beendigung der Hyperventilation sinkt der RER erheblich, sogar auf Werte unterhalb der stoffwechselbedingten  Möglichkeiten.
  • Eine Interpretation des Verhältnisses von VCO2/VO2 bei jedem Atemzug macht keinen Sinn; ein kurzer Seufzer würde fälschlicher Weise als Zunahme des Verhältnisses von Glucose zu Fettsäuren in der Energiebereitstellung gewertet.

PS:

Der Proband fühlte sich während der Hyperventilation nicht wohl: Er hatte leichten Schwindel, Kribbeln um den Mund herum, eiskalte Hände: typische Symptome der Hyperventilation. s auch Eva’s Film auf you tube: Stress, Stresshormone und Hyperventilation.

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