王瑞元版，物质与能量代谢

物质与能量代谢，人体各种能源物质分解代谢过程中所伴随的能连释放，转移和利用称为能量代谢。能量代谢的中心环节是发生在线粒体中的氧化磷酸化。

物质与能量代谢

• 物质代谢
  • 人体主要营养物质的消化与吸收
    • 主要营养物质的生理功用
      • 三大能源物质的生理功用
        • 糖类
          • 人体最主要的供能物质，提供的的能量占总能量消耗的70%左右
          • 氧化所需的氧少于脂肪和蛋白质，是人体最经济的能源
        • 蛋白质
          • 维持机体的生长发育，组织的更新修复
        • 脂肪
          • 供能与保温
      • 水及无机盐的生理功用
        • 水
          • 维持物质代谢，调节体温，润滑
        • 无机盐
          • 维持细胞内外液容量，渗透压及电中性
          • 维持神经肌肉的膜电位，维持神经肌肉细胞 正常兴奋性与收缩性
          • 参与血液缓冲对构成，维持人体酸碱平衡
          • 参与人体体质构成，影响物质代谢过程
      • 维生素的生理功用
        • 水溶性维生素，参与辅酶的组成，某些化学基团的转运，机体内的氧化还原反应等
        • 脂溶性维生素，维持上皮细胞健全和机体正常生长发育，调节钙磷代谢，促进多种凝血因子的形成，作为抗氧化剂
    • 主要营养物质的消化与吸收
      • 消化
        • 物理性消化
          • 咀嚼，磨碎食物，与体液混合运输，像远端推送，最终排出体外的消化方式
        • 化学性消化
          • 消化液中所含的酶将糖类脂肪，蛋白质等物质分解为小分子颗粒
        • 消化道平滑肌的一般特征
          • 具有一般肌肉的基本特性，兴奋性，自律性，传导性和收缩性。
          • 由具有自身的特点
            • 兴奋性比骨骼肌低
            • 在体外适宜环境内仍能保持节律性收缩
            • 保持一定的紧张性，维持消化道的位置和形状，保持一定的基础张力，产生收缩活动
            • 有很大的伸展性
            • 对电刺激不敏感，对机械牵张，温度和化学刺激特别敏感
        • 消化液的作用
          • 稀释食物
            • 使之与血浆的渗透压接近利于吸收
          • 改变消化道内的ph值
            • 使之是适应与消化酶活性的需要
          • 水解复杂的食物成分
            • 使之便于吸收
          • 分泌粘液，抗体和大量液体
            • 以保护消化道粘膜，防止物理性和化学性因素造成的消化道损伤
        • 营养物质在消化道各部位简述
          • 口腔内消化
            • 物理磨碎，由唾液湿润混合，形成食团
            • 停留时间短，只有少部分淀粉被唾液淀粉酶分解为麦芽糖
          • 胃内消化
            • 胃蠕动使食物与胃液混合
            • 胃蛋白酶初步消化蛋白质
          • 小肠内消化
            • 消化液呈碱性
            • 可以分解碳水化和物、脂类，蛋白质三大基本营养物质
      • 吸收
        • 吸收的部位
          • 小肠
            • 糖类，脂类和蛋白质的消化产物大部分在十二指肠吸收
          • 大肠
            • 主要吸收水分和盐类
        • 小肠吸收的特点
          • 环形皱襞，小肠绒毛，表面积巨大
          • 毛细血管，淋巴管丰富
        • 小肠内主要营养物质的吸收
          • 水，无机盐，蛋白质不经消化，直接吸收
          • 维生素C将铁还原成亚铁促进其吸收
          • 糖类只有分解为单糖才能被吸收
          • 蛋白质被分解为氨基酸几乎全部被小肠吸收
          • 脂肪的消化产物与胆盐结合才能被吸收
    • 肌肉运动对消化和吸收机能的影响
      • 运动使骨骼肌血管扩张，血流量增加，内脏血管收缩，血流量减少
      • 消化腺分泌消化液量下降
      • 运动应激使胃肠道机械运动减弱，使消化能力受到抑制
      • 一定要注意运动与用餐之间的间隔时间
  • 主要营养物质在体内的代谢
    • 糖代谢——糖类是人体基本的供能物质
      • 人体糖贮备及其供能形式
        • 糖原
          • 肝糖原
            • 肝糖原可以迅速分解入血，补充血糖平衡
          • 肌糖原
            • 高强度无氧运动时机体的重要能源
            • 中大强度有氧运动的主要能源
          • 糖原储量的增多，特别是肌糖原，有利于大强度耐力项目运动成绩的提升
        • 血糖
          • 又称葡萄糖，是包括大脑在内的中枢神经系统的主要能源
          • 血糖浓度是人体分解及合成代谢保持动态平衡的标志
      • 糖在体内的分解代谢
        • 糖酵解
          • 剧烈活动时体内供氧不足，糖进行无氧分解
          • 糖原或葡萄糖——丙酮酸——乳酸，该过程一分子的葡萄糖分解为两分子的乳酸
            • 分解产生的乳酸在供氧充分时氧化分解，通常发生在心脏，静息时的骨骼肌
            • 另一部分扩充入血，再肝脏重新转化为糖原或葡萄糖，该过程需要氧的供给
          • 释放的能量被使ADP生成ATP
          • 糖酵解也是体内某些细胞的主要供能途径
        • 有氧氧化
          • 糖原或葡萄糖在供氧充分时彻底氧化，产生二氧化碳和水的过程
            • 糖类分解为丙酮酸
            • 丙酮酸氧化分解为乙酰辅酶
              • 乙酰辅酶同样也是脂肪和蛋白质分解的产物
            • 乙酰辅酶经三羧酸循环生成二氧化碳和水
              • 三羧酸循环实际上是糖，蛋白质，脂肪三大营养物质在体内氧化分解的共同途径
            • 每个阶段都有脱氢反应，脱下的氢原子在于氧化合成水的过程中产生的大量能量，用于合成ATP
          • 有氧氧化是糖酵解产能的19倍，是机体正常生理条件下及长时间运动过程中的主要供能方式
      • 运动与补糖
        • 体内肌糖原低于临界时或血糖浓度降低到临界值时，容易诱发疲劳，运动强度必然降低或终止
        • 补糖时间与补糖量
          • 补糖时间
            • 运动前2——4小时补糖可以增加肌糖原贮备
            • 运动前5分钟内或运动开始时补糖效果较理想
            • 在运动前一小时不要补糖，以免胰岛素效应反而使血糖降低
            • 运动后补糖有利于糖原恢复，而且时间就越早越好
          • 补糖量
            • 运动或赛前 可采用稍高浓度的溶液（35%——40%）
            • 运动中或赛后补糖应采用浓度较低的溶液（5%——8%）
        • 补糖种类
          • 低聚糖，渗透压低，分子量大于葡萄糖，可提供低渗透压高热量的液体，效果较理想
          • 补糖时注意搭配糖的种类
          • 膳食中应该注意保持足够量的淀粉
    • 脂肪代谢——脂肪是人体重要的贮能和供能物质
      • 人体的脂肪贮备
        • 男性适宜体脂含量15——20
        • 女性适宜体脂含量20——25
      • 脂肪在体内的分解代谢
        • 脂肪分解为甘油和脂肪酸，然后再分别氧化为二氧化碳和水，同时释放大量能量，用以合成ATP
        • 再氧供应充足时，脂肪可被大量消耗利用
        • 脂肪也是心肌，骨骼肌的主要能源
      • 脂肪代谢与运动减肥
        • 体脂的聚积是由于摄入的热量高于所需的热量
        • 单纯运动或单纯节食的方式减肥效果均不如运动与节食相结合的方式
      • 减体重运动量的设定和适宜体脂百分比
        • 减体重的运动量要根据减轻体重的数量跟减重速度决定，每周减重0.45公斤较适宜
        • 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——85VO2max或60%——70%最大心率
    • 蛋白质的代谢——蛋白质是人体特殊状态下的供能物质
      • 蛋白质在体内的代谢
        • 蛋白质是生命的物质基础，是细胞的主要构成成分
        • 蛋白质作为能源物质分解氧化时首先分解问氨基酸，氨基酸的分解物为，α-酮酸，氨。α-酮酸可以参与三羧酸循环，彻底氧化分解为二氧化碳和水，释放一定能量。氨则在肝脏转变为尿素，最终随尿液排出。
      • 关于蛋白质的补充问题
        • 成年人的蛋白质最低需求量为30——45克每天，或0.8克/每公斤体重
        • 发育期的青少年蛋白质的最低需求量为2.5——3克/每公斤体重
      • 三大物质代谢的关系
        • 三大营养物质在一定的条件下，以三羧酸循环为枢纽可以发生相互转化，如丙酮酸，乙酰辅酶A等均是糖，脂肪，蛋白质相互转化的交叉点
    • 水代谢
      • 人体的水贮备及分布
        • 谁在人体内有两种存在方式
          • 游离水
            • 游离水可以自由流动，如血液，淋巴液，组织液
          • 结合水
            • 结合水与无机盐离子及蛋白质，糖类等亲水胶体颗粒结合参议构成器官组织。人体内大部分水以结合水的形式存在
      • 人体的水平衡
        • 人体内的水保持一种动态平衡
          • 来源
            • 饮水
            • 食物摄取
            • 代谢内生水
          • 排出
            • 通过肾脏以尿液的形式排出
            • 经消化道随粪便排出
            • 呼吸蒸发
            • 皮肤排汗
          • 人体各种途径进出体内的水，均需经过血液这一共同途径，血液是调节体内水含量的关键环节
      • 运动员脱水及其复水
        • 运动员在运动过程中，由于各种原因产生的水分丢失称为被动脱水
        • 而为了降低体重，人为的造成机体脱水称为主动脱水
        • 为改善和缓解脱水状况所采用的补水方法称为复水
          • 复水所采用的液体成分应含有一定比例的糖类，无机盐但浓度均较低，以低渗溶液为佳，应注意少量多次
    • 无机盐代谢
      • 人体无机盐的种类
        • 人体必需的微量元素为14种，目前已检出的有81种
      • 微量元素的抗衰老作用
        • 影响核算和有机遗传物质的代谢
        • 调节氧自由基代谢，防止过氧化损伤
        • 调节免疫机能
        • 微量元素有促进细胞浆发育，调节物质代谢和延缓衰老的供能
      • 运动中无机盐代谢的特点
        • 人体内血浆，组织间液，细胞内液阴阳离子浓度基本相等，这种离子浓度的平衡，使各部分维持电中性。
        • 在激烈运动中钠离子向细胞内转移，钾离子向细胞外转移，转移后的离子浓度差异导致膜电位变化，进而影响神经肌肉传导，这通常是长时间运动中运动疲劳的原因之一。
        • 长时间耐力运动中运动员大量出汗，在水分丧失的同时，也导致了盐分的丧失。长时间运动时，机体主要丢失细胞外液的无机盐
      • 关于运动员补盐问题
        • 一般认为平衡膳食足以运动员所需的无机盐
    • 维生素
      • 维生素的来源及分类
        • 维生素不能通过合成或合成不足，需要通过食物补给
        • 脂溶性
        • 水溶性
      • 维生素与运动能力
        • VB
          • 能够激活能量生成过程，运动中对于能量的需求量增大，B族维生素的作用也就更加重要
        • VA,VC,VE
          • 作用很强的抗氧化剂，能防止细胞膜的脂质过氧化，防止红细胞膜受损，维持运动中细胞的正常功能
        • VD
          • 是钙代谢的调节剂，钙离子在兴奋-收缩耦连中有着重要的中介作用，因而其与运动中肌肉收缩做工密切相关
        • 此外维生素还有调节神经系统的功能，保持能量供给系统的适宜状态
• 能量代谢
  • 人体各种能源物质分解代谢过程中所伴随的能连释放，转移和利用称为能量代谢。能量代谢的中心环节是发生在线粒体中的氧化磷酸化
  • 基础代谢
    • 基础代谢的概念
      • 在基础状态下的能量代谢
        • 基础状态是指人体在清醒，安静，空腹，室温在20——25摄氏度条件下的状态
      • 基础代谢率是指单位时间内的基础代谢
        • 在基础状态下，安慰时间内的能量代谢，这种能量代谢 是维持最近生命活动所需要的最低限度的能量。基础代谢率单位kj/(m2×h)
      • 基础代谢一般男性高于女性，幼儿高于成人。基础代谢受体温影响，体温没身高1度，基础代谢率升高13%
    • 能量代谢的测定原理
      • 直接测定法
      • 间接测定法
        • 机体在养护分解不同营养物质时所消耗的氧量与产生的二氧化碳量及释放的热量之间呈一定比例关系，因此只要测定人体在一定时间内的耗氧量和二氧化碳的产出量，即可推算出整个机体的能量代谢率
    • 与能量代谢有关的几个概念
      • 食物热价
        • 物理热价
          • 食物在体外燃烧时释放的热量
        • 生物热价
          • 食物在体内氧化时所产生的热量
        • 糖，脂肪的物理热价与生物热价相等，而蛋白质的生物热价要低于物理热价（蛋白质分解生成的尿素没有继续分解产生能量）
      • 氧热价
        • 能源物质在体内氧化分解时，每消耗1升氧所产生的热量
          • 糖＞脂肪＞蛋白质
      • 呼吸商
        • 各物质在体内氧化产生的二氧化碳与所消耗的氧气容积之比
          • 糖在氧化时所产生的氧与二氧化碳的分子数相等，呼吸商为1
          • 脂肪氧化消耗更多的氧，呼吸商小于1
      • 代谢当量
        • 运动时的耗氧量与安静时的耗氧量的比值（MET）
          • 用于机体在运动时的能量代谢水平
    • 影响能量代谢的因素
      • 肌肉活动
        • 肌肉活动对能量代谢的影响最为显著
      • 精神活动
        • 人体在平静思考问题时能量的消耗并不大，产热量略有增加。但精神紧张时，情绪激动时产热量显著增加。主要与出现了无意识的肌紧张及促进代谢的激素释放增多有关
      • 食物的特殊动力作用
        • 安静状态先进食后人体的产生的热量比空腹时食物本身氧化所产生的热量要多，食物能使人体产生额外热量的现象称为食物的特殊动力
      • 环境温度
        • 人体的能量代谢在20——30度环境中最为稳定，温度升高或降低都会是代使代谢升高
  • 人体运动时的能量供应与消耗
    • 骨骼肌收缩的直接能源——ATP
      • 肌肉活动的直接能量来源为三磷酸腺苷，即ATP。人体各种生理活动所需要的能量基本都由ATP供给
      • ATP的贮备
        • 细胞内的ATP浓度很低，由于ATP的储量有限，运动中ATP小号后的补充速度成为影响运动能力的重要因素
      • ATP的分解供应及补充
        • ATP在酶的催化下，迅速分解为ADP（二磷酸腺苷）和无极磷酸，并释放能量。
        • ATP+H2O--ADP+Pi，ATP一旦分解便及时补充，
        • ATP的补充依靠另一高能磷酸化合物CP（磷酸肌酸）来完成。CP释放的能量用以合成ATP，同时生成肌酸，CP+ADP--C+ATP
        • 肌肉中的CP的在合成主要靠三大营养物质的分解
    • 三个能源系统的特征
      • 磷酸原系统
        • 该系统主要由带有磷酸基团的ATP,ADP,CP构成。磷酸原在运动中可用量仅占百分之一左右，磷酸原系统作为极量运动的能源，虽然维持运动的时间仅有6——8秒，但却是不可替代的快速能源
      • 酵解能系统
        • 运动中的骨骼肌糖原或葡萄糖在无氧条件下酵解生成乳酸并释放能量供肌肉利用的能源系统。在极量运动开始时，该系统即可参与供能，在运动30——60秒时供能速率达到最大，维持运动时间2到3分钟
      • 氧化能系统
        • 有氧能系统，该系统以糖和脂肪为主，尽管其最大输出功率仅为酵解能的1/2但其贮备量丰富，持续时间较长
    • 能源系统与运动能力
      • 能量连续统一体的概念
        • 不存在绝对的单一能源供能的系统，而是三个系统按照不同比例协同供能，形成“能量连续统一体”
      • 不同运动项目的能量供应
      • 运动中能源物质的动员
        • 运动强度在90%~95%VO2max以上运动强度时，肌糖原利用速率最大
        • 在65%~85%VO2max时，肌糖原利用情况随运动持续时间的延长而降低
        • 在30%VO2max运动强度时，肌肉主要由脂肪酸氧化供能，很少利用肌糖原
      • 健身运动的能量供应
        • 运动强度低于50%最大摄氧量时，脂肪氧化分解为主要能源
        • 超过50%最大摄氧量时，糖分解供能逐渐加强
    • 运动能量消耗的计算
• 体温
  • 正常人体体温
    • 体温的测定
      • 直肠
        • 36.9-37.9
      • 口腔
        • 平均比直肠低0.2-0.3
      • 腋窝
        • 平均比口腔低0.3-0.4
    • 影响体温的因素
      • 昼夜节律
        • 清晨体温最低，午后体温最高，波动幅度不超过1%
      • 性别差异
        • 女性比男性高0.3
      • 年龄差异
        • 儿童＞成人＞老人
      • 肌肉活动
  • 体温调节
    • 产热过程
      • 产热量
        • 安静时产热量一般高于基础代谢25%
      • 产热部位
        • 安静状态下，内脏器官占56%，脑产热占16%，骨骼肌产热只占18%
        • 运动状态下，骨骼肌产热可占90%以上
    • 散热过程
      • 散热途径
        • 皮肤
          • 最主要散热途径
        • 呼吸道
        • 加温冷空气，冷食物
        • 尿，粪
      • 皮肤散热方式
        • 辐射散热
        • 传导散热
        • 对流散热
        • 蒸发散热
          • 不感蒸发
          • 发汗
        • 汗腺活动受脊髓到大脑皮层各级中枢控制，下丘脑是最主要的部位
    • 体温调节机理
      • 调定点学说
        • 体温调节系统是一个生物自动控制系统，机体根据一个设定的温度值，即调定点，调节产热和散热过程，使体温稳定于调定点水平
        • 下丘脑体温调节中枢，包括调定点神经元在内属于控制系统
        • 通过皮肤及体内温度传感器检测，并将干扰信息反馈与调定点，经过体温调节中枢整合，再对受控系统进行调节，建立起心得体温平衡，达到稳定体温的目的
      • 运动中体温的变化及调节
        • 运动中体温的适度升高可以提高神经系统的兴奋性，降低肌肉粘滞度，加快收缩速度等
      • 习服
        • 人对高温或低温环产生的由不适应到适应的生理过程