В експерименті на кролі встановлено, що об’єм кисню, який споживається головним мозком за 1 хвилину, дорівнює об’єму CO2 , який виділяється клітинами мозку в кров. Це свідчить, що у клітинах головного мозку має місце:

Чому це правильна відповідь

Дихальний коефіцієнт (RQ) визначається як співвідношення об’єму виділеного CO2 до об’єму спожитого O2 за одиницю часу, і при рівності цих об’ємів RQ дорівнює 1. Такий коефіцієнт виникає під час повного аеробного окиснення глюкози за рівнянням C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O, де стехіометрично споживається рівно стільки молекул кисню, скільки утворюється молекул вуглекислого газу. Регуляція енергетичного метаболізму в нейронах головного мозку відбувається на клітинному рівні через ферментативні шляхи гліколізу, циклу Кребса та окисного фосфорилювання, де глюкоза є основним субстратом завдяки ефективному транспорту через гематоенцефалічний бар’єр за допомогою GLUT1 і GLUT3. Ці процеси забезпечують високе співвідношення CO2/O2 саме через карбоксильні групи в молекулі глюкози, які повністю переходять у CO2. При окисненні жирів RQ становить близько 0,7, оскільки молекули жирних кислот містять менше кисню відносно вуглецю, тому утворюється менше CO2 на одиницю спожитого O2. Окиснення білків дає RQ приблизно 0,8 через наявність азоту та різне співвідношення атомів, що зменшує вихід CO2 порівняно з вуглеводами. Зворотний зв’язок підтримується концентрацією АТФ і АДФ у мітохондріях: високий рівень АТФ гальмує цитратсинтазу та ізоцитратдегідрогеназу, зменшуючи швидкість циклу Кребса, тоді як зниження АТФ стимулює окиснення глюкози для відновлення енергетичного балансу. У мозку цей механізм забезпечує стабільне постачання енергії без накопичення проміжних продуктів. Рівність об’ємів O2 і CO2 підтверджує виключне використання вуглеводів як енергетичного субстрату, оскільки лише при їх окисненні стехіометрія реакції призводить до RQ=1 на системному рівні газообміну мозку.