人体营养吸收及代谢

详细介绍了人体消化吸收及物质新陈代谢的过程、生理和化学反应活动，为人体消化吸收和新陈代谢病证的病理研究提供依据。

西医营养吸收及代谢

• 营养代谢是指人体在摄取、吸收和利用营养物质的过程中所发生的一系列化学反应。这一过程可以分为四个阶段：消化吸收、细胞代谢、能量代谢和废物排泄。
• 营养代谢的四个阶段相互关联，共同维持着人体的正常生理功能。消化吸收为细胞代谢和能量代谢提供了必要的营养物质，细胞代谢产生的能量则用于维持生命活动和各种生物化学反应，最后产生的废物通过排泄途径被清除。一旦其中任何一个阶段出现问题，都会对人体健康产生不良影响。
• 一、消化吸收阶段
  • • • 消化吸收是指食物在口腔、胃、小肠等消化器官中被分解为小分子的营养物质，并进入血液循环供给身体各个组织和细胞使用的过程。消化过程主要依赖于消化酶的作用，包括唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠葡萄糖酶等。各种营养物质如碳水化合物、脂肪和蛋白质在消化吸收过程中会分解为葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等小分子物质，从而被吸收到血液中。
• 二、细胞代谢阶段
  • 细胞代谢是指营养物质在细胞内发生一系列化学反应，包括合成新的分子、分解分子以产生能量等过程。在细胞代谢过程中，葡萄糖被氧化酶酶解，产生能量和二氧化碳。脂肪酸则通过氧化被分解为乙酰辅酶A，进一步参与三羧酸循环产生能量。此外，氨基酸也可以通过蛋白质合成或氨基酸代谢途径产生新的分子。
• 三、能量代谢阶段
  • 能量代谢是指人体利用营养物质产生能量的过程。葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等营养物质被氧化后，产生的能量可以用于维持生命活动、运动、新陈代谢等。能量代谢主要依赖于三大营养素：碳水化合物、脂肪和蛋白质。其中，葡萄糖是最主要的能量来源，其次是脂肪酸和氨基酸。
• 四、废物排泄阶段
  • 废物排泄是指人体将代谢过程中产生的废物排出体外的过程。代谢废物主要包括二氧化碳、尿素和其他无用的物质。二氧化碳通过呼吸作用由肺部排出，尿素则由肾脏通过尿液排出体外。此外，其他废物还可以通过肠道、皮肤和汗腺等排泄途径排出。
• 五、人体消化吸收过程
  • 从某种意义上来说，人体几乎只能吸收和利用小分子，所以食物的消化吸收，是人体获取食物中有益成分，维持生存的重要途径。
  • 1.食物的消化，先从口腔开始
    • 物理性消化：当我们进食后，牙齿研磨并且压碎食物，使其变成更小的颗粒，舌头分泌唾液且均匀搅拌，让食物和唾液混合成为食团，从而方便吞咽。食物中的成分和口腔分泌的液体混合成食糜。当我们充分咀嚼后，口腔会把食糜推至咽部，然后食管蠕动，让食物进入胃中。
    • 化学性消化：小部分的碳水化合物在唾液淀粉酶的作用下被降解成糊精，比如大家都知道的通过咀嚼米饭产生甜味，其实就是唾液淀粉酶的作用，但被消化的淀粉所占比例很小，唾液淀粉酶一旦进入胃当中，因为PH值的变化而失活。口腔内没有蛋白酶，不能消化蛋白质，但是有少量的脂肪酶，可以消化很少的脂肪。
  • 2.食物在胃当中的消化
    • 食物中的一部分蛋白质，在胃蛋白酶的作用下，结构发生变化从而水解成多肽。与此同时，胃内含有脂肪酶，会水解部分脂肪酸形成游离脂肪酸，但是作用很弱。
    • 说道胃的消化，必须要提到胃酸，胃酸的主要成分为盐酸，PH值平常大约是1~3左右，进食后可以上升到4~6。胃酸可以激活胃蛋白酶，另外可以促进维生素B12，钙，铁，锌等矿物质的吸收。
    • 食物在胃当中排空的时间，与食物成分关系密切。其中纯碳水组成排空最快，蛋白质慢一些，脂肪和膳食纤维慢一点，如果是高脂肪膳食，胃完全排空时间可以高达4小时。
    • 另外，胃的吸收很弱，只能吸水、无机盐和酒精。
  • 3.食物在小肠内的消化
    • 小肠是食物消化吸收的最重要的场所，从结构上自上而下分为十二指肠，空肠，回肠，人体绝大部分的营养物质的消化和吸收，都是在十二指肠和空肠上半部分完成的。
    • 食物消化吸收，需要和小肠壁充分接触。所以，为了提高消化吸收效率，小肠表面布满了褶皱，褶皱又被绒毛表面和微绒毛表面覆盖，展开后大约200~300平方米。
    • 在消化方面，小肠首先自己会分泌各种消化酶，另外还会接受来自于胰腺分泌的胰液（内含许多消化酶），以及肝脏和胆囊分泌的胆汁。
    • 在各种消化液的作用下，淀粉降解为小分子葡萄糖被吸收，而蛋白质在蛋白酶作用下降解成为降解成多肽和氨基酸。食物中脂肪在胆汁作用下（乳化作用，使得水相和油相充分融合），分解成甘油三酯小滴，进一步分解成甘油和脂肪酸。
    • 而某些消化酶的缺乏，可能会影响人体的消化吸收，比如我们常说的乳糖不耐，就是由于乳糖酶缺乏导致乳糖无法在小肠内分解成半乳糖和葡萄糖，从而进入大肠后产气并导致腹泻。
    • 小肠能吸收的基本上都是小分子，大分子外源性蛋白质直接通过小肠粘膜进入血液，反而可能导致免疫应答反应。但有一些大分子，可以直接被人体吸收从而直接发挥生理功能，比如母乳中免疫球蛋白直接进入婴儿体内可能就是胞吞作用。
    • 小肠内被吸收的营养素大部分被小肠绒毛上皮细胞吸收，经过肝门静脉进入肝脏中，一部分被存储（所以肝脏是营养素的宝库），另一部分被转化并且释放到血液当中。
    • 长链脂肪酸则没有经过门静脉，而直接通过淋巴循环进入血液。
  • 4.食物在大肠内的吸收
    • 大肠的作用，主要是吸收剩余水分和电解质（K+、 NA+ 、CL+、 Mg+），另外大肠内的微生物通过发酵，产生并且吸收维生素B族（B1 、B2、 B12）和维生素K。
    • 部分成分，如膳食纤维，抗性淀粉在结肠内发酵，会产生短链脂肪酸和一些气体，如CH4，N2，CO2，H2。短链脂肪酸可以降低肠道PH值，增加有益菌量和活性，抑制有害菌的繁殖，降低炎症和结肠癌的风险，多吃富含膳食纤维的食物，有利于肠道健康。
• 六、人体新陈代谢过程
  • • 新陈代谢包括物质代谢和能量代谢两个方面。新陈代谢是由同化作用和异化作用这两个相反而又同时进行的过程组成的。同化作用和异化作用既有明显的差别，又有密切的联系。如果没有同化作用，生物体就不能够产生新的原生质，也不能够储存能量，异化作用就无法进行；与此相反，如果没有异化作用，就不能够有能量的释放，生物体内的物质合成也就无法进行。可见，同化作用和异化作用既相互对立又相互统一，共同决定着生物体的存在和延续。
  • 生物把从环境中摄取的物质，经一系列的化学反应转变为自身物质，这一过程称为同化作用。即物质从外界到体内，从小分子到大分子。因此，同化作用是一个物质合成和吸收能量的过程。
  • 异化作用过程，是从体内到外界环境，物质由大分子转变为小分子的过程，这是个物质分解和释放能量的过程，同时把生物体不需要或不能利用的物质排出体外。
  • 物质代谢是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程，能量代谢是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程，二者是相互联系。例如，进食后能量摄入过多时，脂肪合成增加；而在饥饿时进行脂肪动员，释放出能量供机体使用。
  • 物质代谢：生物体内的旧物质分解和新物质的合成是同时进行的，生物体内一切物质的代谢变化统称为物质代谢，它包括合成代谢与分解代谢。合成代谢是指生物体内一切物质的合成作用，它属于同化作用的范畴，如氨基酸合成蛋白质、核苷酸合成核酸；分解代谢是指生物体内一切物质的分解作用，属于异化作用的范畴，如糖类物质经过三羧酸循环被彻底分解为二氧化碳和水。
  • 能量代谢：在物质交换的过程中同时伴有能量的交换称为能量代谢。机体从外界环境中摄取营养物进行合成代谢的同时也从外界摄取能量，这部分能量主要来源于营养物质所含的化学能。当这些营养物质在机体内进行分解代谢时又将化学能释放出来，以供生命活动的需要。化学能除一部分用于合成机体内其他成分外，还用于各种生命活动。但化学能不能全部转化为可做功的能，必定有一部分不可避免地以热的形式释放，成为散发热。用于做功的能量称为自由能 ，转变的总能量称为反应热 。根据能量守恒定律，反应热等于转变的自由能与散发热之和。
  • 基础代谢是指人体所有器官维持生命所需要的最低能量。即人体在清醒又极端安静的状态下，不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等因素影响时维持心跳、呼吸等基本生命活动所需的最低的能量代谢情况。基础代谢率随着性别、年龄等不同生理情况会有变动，男子的基础代谢率平均高于女子的代谢率；幼儿的基础代谢率平均高于成人的代谢率；年龄越大，基础代谢率越低。正常人的基础代谢每天约为5900~7500kJ。
• 七、人体主要代谢器官
  • 人体各组织和器官除了具有一般的基本代谢外，还具有特点鲜明的代谢途径，以适应相应的功能需要。
  • 肝是人体代谢的中枢器官，在糖、脂质、蛋白质代谢中均具有重要的特殊作用。 脂肪组织的重要功能是将能量以脂肪形式储存，所以脂肪组织含有脂蛋白脂肪酶及特有的激素敏感甘油三酷脂肪酶，既能将血液循环中的脂肪水解，用于合成脂肪细胞内的脂肪而储存；也能在机体需要时进行脂肪动员，释放脂肪酸供其他组织利用。
  • 1.肝是人体物质代谢中心和枢纽
    • 肝具有特殊的组织结构和组织化学构成，是机体物质代谢的枢纽，是人体的中心生化工厂。在糖、脂质、蛋白质、水、无机盐和维生素代谢中均具有独特而重要的作用。肝的耗氧量占全身耗氧量的20%,可以消耗葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸等以供能，但不能利用酮体。肝合成和储存糖原可达肝重的5%, 约75～100g, 而肌糖原仅占肌重的1%。肝还具有糖异生、酮体生成等独特的代谢方式。肝虽可大量合成脂肪，但不能储存脂肪，肝细胞合成的脂肪随即合成VLDL释放入血。（酮体是氨基酸代谢的中间产物）
  • 2.脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大
    • 葡萄糖和酮体是脑的主要能量物质。脑没有糖原，也没有作为能量储存的脂肪及蛋白质用于分解代谢，葡萄糖是脑主要的供能物质，每天消耗葡萄糖约100g,主要由血糖供应。脑组织具有很高的己糖激酶活性，即使在血糖水平较低时也能有效利用葡萄糖。长期饥饿血糖供应不足时，脑主要利用由肝生成的酮体供能。饥饿3～4天时，脑每天耗用约50g酮体。饥饿2周后，脑每天消耗的酮体可达100g。
    • 脑耗氧量高达全身耗氧总量的四分之一。脑功能复杂，活动频繁，能量消耗多且连续，是人体静息状态下消耗氧很大的器官。人脑重量仅占体重2%，但其耗氧量占静息时全身耗氧总量的20%～25%, 是静息状态下单位重量组织耗氧量最大的器官。
    • 脑具有特异的氨基酸及其代谢调节机制。血液与脑组织之间可迅速进行氨基酸交换，但氨基酸在脑内富集量有限。脑中游离氨基酸大约75%为天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、N-乙酰天冬氨酸和γ-氨基丁酸，以谷氨酸含量最多。脑通过特异的氨基酸及其代谢调节机制，维持脑内特有游离氨基酸含量谱。
    • 脑中氨基酸脱氨基作用主要由腺苷脱氨酶催化。氨基酸的氨基经氨基移换作用生成谷氨酸、天冬氨酸，再转移生成腺苷酸，最后由ADA催化脱去氨基，生成氨。
  • 3.心肌可利用多种能源物质
    • 心肌可利用多种营养物质及其代谢中间产物为能源。心肌细胞含有多种硫激酶，可催化不同长度碳链脂肪酸转变成脂酰辅酶A，所以心肌优先利用脂肪酸氧化分解供能。心肌细胞含有丰富的酮体利用酶，也能彻底氧化脂肪酸分解的中间产物——酮体供能。正是由于心肌细胞优先利用脂肪酸，使其分解产生大量乙酰辅酶A，强烈抑制酵解途径的调节酶－磷酸果糖激酶-1，继而抑制葡萄糖酵解。心肌细胞既富含细胞色素及线粒体，也富含LDHl，有利于乳酸氧化供能。所以，心肌主要通过有氧氧化脂肪酸、酮体和乳酸获得能量，极少进行糖酵解。心肌从血液摄取各种营养物有一定域值限制，血液营养物水平超过域值越高，摄取越多。因此，心肌在饱食状态下不排斥利用葡萄糖，餐后数小时或饥饿时利用脂肪酸和酮体，运动中或运动后则利用乳酸。
    • 心肌细胞分解营养物质供能方式以有氧氧化为主。心肌细胞富含肌红蛋白、细胞色素及线粒体，前者能储氧，以保证心肌有节律、持续舒缩运动所需氧的供应；后两者利于利用氧进行有氧氧化，所以心肌分解代谢以有氧氧化为主。即使氧消耗增加，如运动加剧，也极少发生“负氧债”。
    • 心肌富含乳酸脱氢酶，以LDHl为主，与乳酸亲和力强，能催化乳酸氧化成丙酮酸，后者可羧化为草酰乙酸，有利于有氧氧化。
  • 4.骨骼肌以肌糖原和脂肪酸为主要能量来源
    • 不同类型骨骼肌产能方式不同。不同类型骨骼肌具有的糖酵解、氧化磷酸化能力不同。红肌（如长骨肌）耗能多，富含肌红蛋白及细胞色素体系，具有较强氧化磷酸化能力，适合通过氧化磷酸化获能。白肌（如胸肌）则相反，耗能少主要靠酵解供能。
    • 骨骼肌适应不同耗能状态选择不同能源。骨骼肌收缩所需能量的直接来源是ATP，但其 ATP 含量有限，不足以维持持续、剧烈的收缩活动。短暂的骨骼肌收缩活动后，储存于肌内的高能物质——磷酸肌酸在肌酸激酶催化下开始分解，将能量和～P 转移给 ADP，生成 ATP。骨骼肌有一定糖原储备，静息状态下肌组织获取能量通常以有氧氧化肌糖原、脂肪酸、酮体为主；剧烈运动时糖无氧氧化供能大大增加。肌糖原分解不能直接补充血糖，乳酸循环是整合糖异生与肌糖酵解途径的重要机制。
  • 5.脂肪组织是储存和动员甘油三酯的重要组织
    • 机体将从膳食中摄取的能量主要储存于脂肪组织
    • 机体从膳食摄取的能量物质主要是脂肪和糖。 生理情况下，餐后吸收的脂肪和糖除部分氧化供能外，其余部分主要以脂肪形式储存于脂肪组织，供饥饿时利用。 膳食脂肪以乳糜微粒形式运输至脂肪组织，在脂蛋白脂肪酶作用下被水解摄取，用于合成脂肪细胞内脂肪储存。 膳食糖主要运输至肝转化成脂肪，以 VLDL 形式运输至脂肪组织，同样在 LPL 作用下被水解摄取，合成脂肪储存于脂肪细胞。 脂肪细胞也能将糖转化为脂肪储存。一些氨基酸也能转化为脂肪。
    • 饥饿时主要靠分解储存于脂肪组织的脂肪供能
    • 饥饿时抗脂解激素胰岛素水平降低、脂解激素胰高血糖素等分泌增强，激活激素敏感性脂肪酶，将储存于脂肪组织的能量以脂肪酸和甘油的形式释放入血，经血循环运输至机体其他组织，作为能源利用。肝还能将脂肪酸分解为酮体，经血液运输至肝外组织利用。所以，饥饿时血中游离脂肪酸水平升高，酮体水平也随之升高。
  • 6.肾可进行糖异生和酮体生成
    • 肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官。 肾髓质无线粒体，主要靠糖酵解供能；肾皮质主要靠脂肪酸及酮体有氧氧化供能。 一般情况下，肾糖异生产生的葡萄糖较少，只有肝糖异生葡萄糖量的10%。但长期饥饿(5～6周）后，肾糖异生的葡萄糖大量增加，可达每天40g, 与肝糖异生的量几乎相等。