物质与能量代谢

第一节 物质代谢

    物质代谢：人体与其周围环境之间不断进行的物质交换过程

    能量代谢：机体物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移与利用过程

    一、人体主要营养物质的消化与吸收

    人体所需要的主要营养物质包括糖类、脂肪、蛋白质、水、无机盐和维生素。这些物质主要来源于食物，经过消化器官的消化和吸收，为机体正常生命活动及运动和训练提供必不可少的物质能量来源。

    (一)主要营养物质的生理功用

    1.三大能源物质的生理功用

    2.水及无机盐的生理功用

    3.维生素的生理功用

    (二)主要营养物质的消化与吸收

    消化：食物在消化道内被分解为小分子的过程

    吸收：经过消化的食物，透过消化道粘膜，进入血液和淋巴循环的过程

    1.消化

    机械性消化或物理性消化：通过消化道肌肉的舒缩活动，将食物磨碎，并使之与消化液充分混合，并将食物不断地向消化道远端推送的消化方式

    化学性消化：通过消化腺分泌的消化液来完成，消化液中所含的各种消化酶能分别将糖类、脂肪及蛋白质等物质分解成小分子颗粒，此种消化方式

    口腔内消化 食物在口腔内经过咀嚼被磨碎，由唾液湿润，形成食团，便于吞咽。从吞咽开始至食团入胃所需的时间，与食物的性状及人体体位有关。液体食物约需3-4秒，糊状食物约5秒，固体食物约需6-8秒，一般不超过15秒。由于食物在口腔内停留时间很短，仅有少量淀粉在唾液淀粉酶作用下分解为麦芽糖。

    唾液的性质和成分

    pH: 6.6～7.1(无色无味近于中性的液体)

    成分：水(占99%)，有机物(唾液淀粉酶、粘蛋白、球蛋白、溶菌酶等)，无机物(Na+、k+、HCO3-、Cl-等)。

唾液的作用：

1.消化作用：唾液可湿润食物利于咀嚼和吞咽；溶于水的食物→味觉；唾液淀粉酶将淀粉分解为麦芽糖。

2.清洁作用：大量唾液能中和、清洗和清除有害物质；溶菌酶还有杀菌作用。

3.排泄作用：铅、汞、碘等异物及狂犬病、脊髓灰质炎的病毒可随唾液排出。

4.免疫作用：唾液中的免疫球蛋白可直接对抗细菌，若缺乏时易患龋齿。

    胃内消化 食物入胃后，受到胃液的化学性消化和胃壁肌肉运动的机械性消化的共同作用。正常成人胃液分泌量为1.5-2.5升/天。胃液的PH为O.9-1.5，具有较强的酸性，不仅可以激活胃蛋白酶(其最适PH为2)，而且在进入小肠后能引起促胰液素的分泌，从而促进胰液、胆汁和小肠液的分泌。因此，胃液中完成化学性消化的主要成分是盐酸和胃蛋白酶。胃蛋白酶能将蛋白质降解为蛋白际、蛋白胨和多肽。胃液分泌的自然刺激是进食。

    食物入胃后约5分钟，胃即开始蠕动，以利于食物与胃液混合，协助化学性消化过程。食物由胃进入十二指肠的过程称为胃排空。食物的排空速度与食物的物理性状及化学组成有关。通常稀薄、流体食物比粘稠、固体食物排空快，颗粒小的食物比大块食物排空快。三种主要营养中，糖类排空速度最快，蛋白质次之，脂肪类最慢。混合食物完全排空通常需要4-6小时。

    小肠内消化 小肠内消化是整个消化过程中最重要的阶段，食物消化的主要部位在小肠。食糜受到小肠的机械性消化及胰液、胆汁和小肠液的化学性消化的作用。食物经过小肠后消化过程基本完成。

    1.胰液

    胰液为无色透明的碱性液体

    pH7.8～8.4，渗透压≈血浆

    胰液呈间歇性分泌,分泌量约为1～2L/每日

    胰液是消化液中最重要的一种消化液

    (1)水和碳酸氢盐

    (2)碳水化合物水解酶：胰淀粉酶

    (3)脂类水解酶：胰脂肪酶

    (4)蛋白质水解酶：主要有胰蛋白酶和糜蛋白酶

    2.胆汁

    (1)胆盐

    促脂肪消化:乳化脂肪、增加酶作用面积

    促脂肪吸收:与脂肪形成水溶性复合物

    促脂溶性Vit吸收:

    促胆汁的自身分泌:肠--肝循环

    (2)胆固醇:正常时，胆固醇与胆盐的浓度呈一定的比例，若胆固醇↑→胆石症

    (3)胆色素

    3.小肠液

    弱碱性液体，pH≈7.6。渗透压与血浆相等

         分泌量大(1～3L/日)

   特点 酶种类多

         持续分泌

　 小肠液的成分和作用:

　(1)中和胃酸,保护十二指肠粘膜免遭胃酸侵蚀

　(2)稀释肠腔内容物，利于吸收

　(3)肠激酶能激活胰蛋白酶原变为有活性的胰蛋白酶

　(4)肠淀粉酶能水解淀粉成为麦芽糖。

　(5)多种消化酶进一步消化水解食糜

    2.吸收

    食物的成分或其消化后的产物通过上皮细胞进入血液和淋巴的过程称为吸收。

    (1)吸收的部位

    食物在口腔及食道内不被吸收

    胃所吸收的食物也很少，只吸收酒精和少量水分

    小肠是吸收的主要部位，一般认为，糖类、脂肪和蛋白质的消化产物大部分在十二指肠和空肠吸收，回肠能够吸收胆盐和维生素B12

    大肠主要吸收水分和盐类，结肠可吸收其肠腔内80%的水和90%的Na⁺及Cl^-。

    (2)小肠吸收的特点

   小肠吸收的有利条件：

    ①面积保证：长5～6米＋皱褶＋绒毛＋微绒毛→200m²

    ②设备保证：酶多＋转运工具＋运输途径

    ③时间保证：停留时间长，约3～8h

    ④动力保证：绒毛伸缩具有唧筒样作用

    (三)肌肉运动对消化和吸收机能的影响

    肌肉运动可以产生骨骼肌血管扩张、血流量增加，内脏血管收缩、血流量减少的效应，导致胃肠道血流量明显减少(约较安静时减少2/3左右)，消化腺分泌消化液量下降；运动应激亦可致胃肠道机械运动减弱，使消化能力受到抑制。为了解决运动与消化机能的矛盾，一定要注意运动与进餐之间的间隔时间。饱餐后，胃肠道需要血液量较多，此时立即运动，将会影响消化，甚至可能因食物滞留造成胃膨胀，出现腹痛、恶心及呕吐等运动性胃肠道综合征。剧烈运动结束后，亦应经过适当休息，待胃肠道供血量基本恢复后再进餐，以免影响消化吸收机能。

   二、主要营养物质在体内的代谢

    (一)糖代谢

    1．人体的糖贮备及其供能形式

    (1)糖原

    人体各种组织中大多含有糖原，但其含量的差异很大。例如，脑组织中糖原含量甚少，而肝脏和肌肉中以糖原方式贮存的糖类约有350-400克，运动员糖原储量可达400-550克。

    (2)血糖

    血液中的葡萄糖又称血糖，正常人空腹浓度为80-120mg%。

    2.糖在体内的分解代谢

    (1)糖酵解

    糖原+ADP+Pi→乳酸+ATP

    (2)有氧氧化

    糖原/葡萄糖+O₂+ADP+Pi→CO₂+H₂O+ATP

    3.运动与补糖

    运动员在运动训练及比赛中，能量消耗较多，因此，应注意糖的补充，以保持运动能力，提高训练效果及比赛成绩。大多数学者认为，只有长时间耐力项目有必要进行糖的补充。

    (1)补糖时间与补糖量

   运动前3-4小时补糖可以增加运动开始时肌糖原的贮量

    运动前5分钟内或运动开始时补糖效果较理想。一方面，糖从胃排空→小肠吸收→血液转运→刺激胰岛素分泌释放，需要一定的时间；另一方面，可引起某些激素如肾上腺素的迅速释放，从而抑制胰岛素的释放，使血糖水平升高；同时还可以减少运动时肌糖原的消耗。

    在比赛前一小时左右不要补糖，以免因胰岛素效应反而使血糖降低。

    进行一次性长时间耐力运动时，以补充高糖类食物作为促力手段，需在运动前3天或更早些时间临时食用。在长时间运动中，如马拉松比赛，可以通过设立途中饮料站适量补糖。运动后补糖将有利于糖原的恢复。耐力运动员在激烈比赛或大负荷量训练期，膳食中糖类总量应与其每日能量消耗的70%，有利于糖原的恢复。

    运动前或赛前补糖可采用稍高浓度的溶液(35%-40%)，服用量40-50克糖。运动中或赛中补糖应采用浓度较低的糖溶液(5%-10%)，有规律地间歇补充，每20分钟给15-20克糖。

    (2)补糖种类

    低聚糖是一种人工合成糖(目前多使用由2-10个葡萄糖单位聚合成的低聚糖)，渗透压低，分子量大于葡萄糖。研究表明，浓度为25%的低聚糖的渗透压相当于5%葡萄糖的渗透压，故可提供低渗透压高热量的液体，效果较理想。对糖原恢复的研究发现，淀粉、蔗糖合成肌糖原的速率大于果糖，但果糖合成肝糖原的效果则比蔗糖或葡萄糖为佳。因此，补糖时应注意合理选择搭配糖的种类，同时，运动员膳食中应注意保持足够量的淀粉。

    (二)脂肪代谢

    1.人体的脂肪贮备

    人体脂肪的贮存量很大，约占体重的10%-20%。

    最适宜的体脂含量为：男性为体重的6%-14%，女性为10%-14%。充沛的脂肪贮备为机体提供了丰富的能源。

    男性体脂>20%、女性>30%则属肥胖。肥胖增加机体负担，并易发高血压、冠心病等疾病。脂肪主要通过食物获得，糖和蛋白质在体内达到一定量后均可转变为脂肪而被储存。因此，体脂含量可以通过调整食物摄入量及增加机体活动程度加以控制。但体内脂肪积聚的趋势具有一定的遗传特性。

    2.脂肪在体内的分解代谢

    脂肪在脂肪酶的作用下，分解为甘油及脂肪酸，然后再分别氧化成二氧化碳和水，同时，释放出大量能量，用以合成ATP。在氧供应充足时进行运动，脂肪可破大量消耗利用。例如，在持续时间超过3小时的运动中，肌糖原含量显著降低，脂肪氧化分解供能的比例加大。此外，在安静时，脂肪也是心肌和骨骼肌的主要能源。

    3.脂肪代谢与运动减肥

    减肥的方式一是参加运动，二是控制食物摄入量

    4.减肥运动量的设定

    减体重的运动量，通常根据要减轻体重的数量及减重速度决定。

    每周减轻体重0.45公斤(1磅)较适宜

    每周减轻体重0.9公斤(2磅)为可以接受的上限，但不宜超过此限度，约相当于每日亏空能量500-1000Kcal，每周累计的热能短缺量为3500-7000KM。

    具体措施为：

    每周运动3-5次，每次持续30-60分钟，运动强度为刺激体脂消耗的“阈值”，即50%-85%VO2max或60%-70%最大心率。使每周运动的热能消耗量至少达到9OOKcal。

    目前有学者提出，在有条件的情况下，可进行“理想”体重的测定。确定理想体重应首先测定体脂百分比及瘦体重，再以下式计算。“理想”体重=lOO*瘦体重(公斤)/(100-“理想”的体脂百分比)。

    例如，90公斤体重的人，经测定其瘦体重为72公斤，其“理想”体脂为13%，但实际测定的体脂含量为20%，代人上式为100*72+(100-13)=82.8公斤，82.8公斤为其“理想”体重。现体重为90公斤，应减轻体重7.2公斤即可达到“理想”体重，据此制定减体重计划。

    (三)蛋白质代谢

    1．蛋白质在体内的代谢

    2.关于蛋白质的补充问题

    由于蛋白质对人体具有特殊的作用，故在运动训练过程中，运动员，特别是力量、耐力性项目运动员的蛋白质补充非常重要。一般认为，成人蛋白质最低生理需要量约为30-45克/天或0.8克/公斤体重。生长发育期的青少年由于组织增长及再建的需要，蛋白质的需要量为2.5-3克/公斤体重。运动员的蛋白质供给量比普通人高，目前认为我国运动员为1.2-2克/公斤体重，优秀举重运动员蛋白质补充量每日1.3-1.6克/公斤体重，耐力性运动中，即使糖类足以供应机体运动中所需能量，膳食中蛋白质的补充量也应达到1.5-1.8克/公斤体重，而且应该在整个耐力训练阶段中持续补充，以促进肌肉蛋白质的合成，预防运动性贫血的发生。