s～ep6物质与能量代谢。

s～ep6物质与能量代谢的思维导图，人体各种能源物质分解代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用，称为能量代谢。

物质与能量代谢

• 物质代谢
  • 在物质的分解过程中，营养物质所蕴藏的化学能释放出来，经过转化，成为机体各种生命活动及运动的能源。可见，物质代谢与能量代谢紧密相连。
  • 人体与其周围环境之间不断进行的物质交换过程称为物质代谢。
  • 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。
    • 主要营养物质的生理功用
      • 三大能源物质的生理功用
        • 糖类是人体最主要的供能物质
        • 蛋白质主要生理功用在于维持机体的生长发育、组织的更新修复。
        • 脂肪具有防止散热及保护脏器的作用。
          • 糖类与脂肪构成糖脂，与蛋白质构成糖蛋白，这些复合物是构成生物膜、神经组织、结缔组织、血浆球蛋白（抗体）、许多酶及激素等生物活性物质的重要成分。
      • 水及无机盐的生理功用
        • 体液是细胞进行代谢的内部环境，其主要成分是水及各种无机盐。
        • 水具有维持物质代谢的作用，可以调节体温，在体内还有润滑的作用
        • 无机盐的生理功用：1.维持细胞内外液的容量、渗透压及电中性。2.维持神经、肌肉的膜电位，与维持神经肌肉细胞正常兴奋性和肌肉收缩有关，使机体具有接受环境刺激和做出反应的能力。3.参与血液缓冲对的构成，与维持人体的酸碱平衡有关。4.无机盐参与人体体质构成，通过生物酶的调节作用，影响物质代谢过程。
      • 维生素的生理功用
        • 水溶性维生素（特别B族）参与某些辅酶的组成，某些重要化学基团的转运及体内的氧化还原反应等，在物质代谢中起重要作用。
        • 脂溶性维生素（ADEK）具有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合成，作为抗氧化剂等重要功能。
    • 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，称为消化
        • 消化道平滑肌的一般特性
          • 1.消化道平滑肌的兴奋性比骨骼肌低
          • 2.消化道平滑肌在体外适宜环境内，仍能保持进行节律性收缩。
          • 3.消化道平滑肌经常保持一定的紧张性收缩，以维持消化道的形状和位置
          • 4.消化道平滑肌具有很大的伸展性
          • 5.消化道平滑肌对电刺激不敏感，而对机械牵张，温度和化学刺激特别敏感。
        • 消化液的作用
          • 消化液主要由各种消化酶、离子和水组成。
          • 1.稀释食物，使之与血浆的渗透压接近，以利于吸收
          • 2.改变消化道内的ph值，使之适应于消化酶活性的需要
          • 3.水解复杂的食物成分，使之便于吸收
          • 4.分泌粘液、抗体和大量液体，以保护消化道黏膜。
        • 营养物质在消化道各部位消化简述
          • 口腔内消化
          • 胃内消化
          • 小肠内消化
          • 大肠内消化
          • 胰液、消化酶、胆盐、小肠液
      • 吸收
        • 经过消化的食物，透过消化道黏膜，进入血液和淋巴循环的过程，称为吸收
        • 吸收的部位
          • 小肠是吸收的主要部位（糖类、脂类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VitB12）.
          • 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%的钠离子及氯离子）
        • 小肠吸收的特点
          • 环形皱襞、绒毛及微绒毛共同作用使得小肠具有巨大的吸收面积
          • 此外，绒毛内丰富的毛细血管和淋巴管，使食物在小肠停留时间较长，有利于小肠的吸收作用。
        • 小肠主要营养物质的吸收
          • 水、无机盐、维生素可不经被小肠直接吸收入血。
          • 食物中的铁绝大部分是三价的高铁形式，但有机铁和高铁都不易吸收，须还原为亚铁后才能被吸收。
          • 维生素C能将高价铁还原为亚铁促进铁的吸收。
          • 糖类只有分解为单糖时才能被小肠上皮细胞吸收。
          • 蛋白质经消化分解为氨基酸后，几乎全部被小肠吸收。
          • 脂肪的消化产物（脂肪酸、甘油一酯及胆固醇等）与胆盐形成水溶性复合物/直接进入门静脉
    • 肌肉运动对消化和吸收机能的影响
      • 肌肉运动可产生骨骼肌血管扩张，血流量增加，导致胃肠道血流量明显减少，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少，使消化能力受到抑制。
      • 所以，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。
  • 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
      • 人体的糖贮备及其供能形式
        • 糖原
          • 人体储备的糖类物质主要是由食物获得的糖原（贮存）及葡萄糖（运输）。
          • 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微，而肝脏和肌肉中以糖原方式贮存的糖类较高。
          • 肌糖原既是高强度无氧运动时机体的重要能源，又是中高强度有氧运动时的主要能源。
        • 血糖
          • 血糖是包括大脑在内的中枢神经系统的主要能源。
          • 正常人空腹浓度为80-120mg%(4.2-6.6mmol/L)
          • 饥饿及长时间运动时，血糖水平下降，运动员会出现工作能力下降及疲劳的征象。 肝糖原可以迅速分解入血以及补充血糖，维持血糖的动态平衡。
      • 糖在体内的分解代谢
        • 人体各组织c都能有效地进行糖的分解代谢。糖在人体的主要分解途径有两种： 无氧酵解glycolysis（不需氧的情况下）和有氧氧化aerobic oxidation（在耗氧的情况下）
        • 糖酵解(不需氧)
          • 糖在人体组织中，不需耗氧而分解成乳酸（lactic acid），或是在人体缺氧/或供氧不足的情况下，糖仍能经过一定的化学变化，分解成乳酸，并释放出一部分能量的过程。该过程因与酵母菌生醇发酵的过程基本相似，故称为糖酵解。
          • 特点：糖酵解过程ATP的生成量少，但酵解酶浓度高，反应速度快，在剧烈运动中可以快速提供肌肉收缩的能量。
          • 糖酵解是一系列酶促反应的过程。剧烈运动时，体内供养不足，糖进行无氧分解，经过一系列反应生成乳酸。糖原/葡萄糖---丙酮酸---乳酸。在该过程中，1分子葡萄糖生成2分子乳酸，并释放能量。（这些能量由ADP接受并生成ATP）糖酵解也是人体某些组织、c（如RBC）正常生理情况下的主要供能途径。
        • 有氧氧化
          • 糖原或葡糖糖在耗氧条件下彻底氧化，产生二氧化碳和水的过程，称为有氧氧化。
          • 糖有氧氧化分为3个阶段
            • 1.由糖原/葡萄糖分解为丙酮酸
            • 2.由丙酮酸氧化生成乙酰辅酶A（乙酰CoA）
              • 乙酰CoA不仅是糖氧化分解的产物，同样也可来自脂肪和Pr的分解代谢
            • 3.乙酰CoA经三羧酸循环生成二氧化碳和水。
              • 三羧酸循环实际上是糖、脂肪、蛋白质三大营养物质在体内氧化分解的共同途径
            • 其每个阶段均有脱氢反应，脱下的氢原子与氧化合成生成水的过程中，产生大量能量，用以合成ATP。
          • 糖的有氧氧化是机体正常生理条件下及长时间运动中供能的主要方式
        • 运动与补糖
          • 对于持续时间超过60-90min的运动，糖常成为运动能力的限制因素
          • 补糖时间与补糖量
            • 运动前/比赛前及比赛中补糖，将有助于长时间运动中保持足够的血糖和肌糖原水平，预防低血糖的发生，延长肌肉利用糖作为能源的时间。
              • 运动前补糖可采用稍高浓度的溶液 运动中补糖采用浓度较低的糖溶液
            • 运动前2-4/3-4小时补糖，可以增加运动开始肌糖原的贮量。
            • 比赛前1小时左右不要补糖，以免因胰岛素效应反而使血糖降低。
            • 运动后补糖将有利于糖原的恢复，而且时间越早越好。理想的是运动后即刻，运动后2h及每隔1-2h连续补糖。
          • 补糖种类
            • 低聚糖是一种人工合成糖，渗透压低，分子量大于葡萄糖。
            • 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。
            • 所以，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。
    • 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
        • 人体脂肪的贮存量很大。一般认为，最适宜的体脂含量，男性约为体重的15%-20%，女性约为20%-25%
        • 但男性体脂＞20%，女性＞30%则属于肥胖。
      • 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。
      • 脂肪代谢与运动减肥
        • 体脂的积聚是由于摄入热量高于人体所需的能量，只有设法保持摄入量与消耗量两者之间的平衡，才能保持人体的正常体重。
        • 减肥的方式一是参加运动，二是控制食物摄入量。
        • 提倡采用动力型、大肌肉群参与的有氧运动。由于水中运动可以减轻关节负担（水有浮力），体热容量散发，水的静水压力可使中心血容量增加，通过水中运动减肥为近年来提倡的减肥方式。
      • 减体重运动量的设定和适宜体脂百分比
        • 减体重的运动量常根据要减轻体重的数量及减重速度决定的。
    • 蛋白质代谢
      • Pr是人体的特殊状态下的供能物质
      • 蛋白质在体内的代谢
        • 蛋白质作为能源物质氧化分解时，首先分解为AA。AA进而分解为相应的a-酮酸及氨。酮酸经过三羧酸循环彻底氧化分解为二氧化碳和水，释放出一定量的能量；氨则在肝脏转变为尿素，最终经肾脏随尿排出。
        • 在长时间运动中蛋白质分解代谢增加，促进了运动后合成代谢的加强，使得肌肉质量提高，肌肉粗壮有力。因此，运动员增加食物蛋白质的摄入量，目的是增加肌肉蛋白质的数量和质量，而并非作为能源贮备。
      • 关于蛋白质的补充问题
        • 一般认为，成人蛋白质最低生理需要量为30-45g/天或0.8g/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2.5-3g/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1.2-2g/公斤体重
    • 1.三大物质代谢的关系。 2.糖类、脂肪均是人体的重要能源物质， 3.蛋白质在特殊情况下，亦可作为能源。
    • 水代谢
      • 人体的水贮备及分布
        • 水是人体重要的组成成分，是维持生命活动必需的营养物质。成人体内含水约占体重的60%，其中，细胞内液约占40%，细胞外液约占20%。
        • 水在体内有两种形式：游离水、结合水。
      • 人体的水平衡
        • 人体内的水有三个主要来源
          • 饮水
          • 食物摄取
          • 代谢内生水
        • 水在体内的排出途径
          • 通过肾脏以尿液的形式排斥
          • 呼吸蒸发
          • 经消化道随粪便排出
          • 皮肤排汗
      • 运动员脱水与复水
        • 脱水
          • 轻度脱水（失水量为体重的2%左右）：以丢失细胞外液为主，血容量减少，出现口渴、尿少，尿钾丢失。
          • 中度脱水（失水量为体重的4%左右）：细胞内外液的丢失程度相当，出现心率加快、体温升高，严重口渴，疲劳，血压下降。
          • 重度脱水（失水量为体重的6-10%左右）：主要丢失细胞内液，可出现呼吸加快，肌肉抽搐，甚至昏迷，严重威胁机体健康及生命安全。
        • 复水
          • 为改善和缓解脱水状况所采用的补水方法称为复水。
    • 无机盐代谢
      • 人体无机盐的种类
        • 人体内电解质主要指无机盐类
        • 宏量元素（d＞100mg）:钾、钙、钠、镁、氯、磷、硫
        • 微量元素（14种）：锌、铜、铁、碘、硒、铬、钴、锰......
      • 微量元素的抗衰老作用
        • 1.影响核酸和有机遗传物质的代谢
        • 2.调节氧自由基代谢，防止过氧化损伤
        • 3.调节免疫机能
        • 4.微量元素有促进细胞浆发育、调节物质代谢和延缓衰老的作用
      • 运动中无机盐代谢的特点
        • 在激烈运动中，钠离子向细胞内转移，钾离子则向细胞外转移。转移后的离子浓度差异，导致膜电位改变，进而影响神经肌肉传导，这通常是长时间运动中运动性疲劳产生的原因之一。
      • 关于运动员补盐问题
        • 一般认为，平衡膳食足以提供运动员所必须的无机盐
        • 但是，在一些超长距离项目中，如超长马拉松跑、铁人三项比赛等，有必要适当补充无机盐。因为在这类比赛中，单纯摄入水分可能稀释体液中的钠离子，引起低钠血症及水中毒。
    • 维生素
      • 维生素的来源及分类
        • 维生素是维持细胞正常生理功能所必需，但需要量极小的低分子有机化合物。这类物质由于体内不能合成或者合成不足，必须由食物供给。
        • 维生素可分为脂溶性和水溶性两类
      • 维生素与运动能力
        • B族维生素能够激活能量生成过程
        • 维生素ACE是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
        • 维生素D是钙代谢的调节剂
• 体温
  • 体温特指机体深部（心、肺、脑和腹腔脏器等部位）的平均温度。
  • 正常人体体温
    • 体温的测定
      • 口腔、直肠、腋窝
      • 直肠温度的正常值为36.9-37.9℃，口腔温度（舌下部）平均比直肠低0.2-0.3℃， 腋窝温度比口腔温度低约0.3-0.4℃.一般采用口腔及腋窝。
    • 影响体温的因素p162
      • 昼夜节律
      • 性别差异
      • 年龄差异
      • 肌肉活动
  • 体温调节
    • 产热过程
      • 产热量
        • 人体安静状态下的产热量一般高于基础代谢25%，而剧烈运动时的产氧量可比安静时增加10-20倍，因此，运动中人体的产热量要远远高于安静状态。
      • 产热部位
        • 人体处在安静状态时，内脏器官的产热量占机体总产热量的56%，脑占16%，骨骼肌占18%。
        • 剧烈运动时，骨骼肌的产热量可占总产热量的90%以上。
    • 散热过程
      • 散热途径
        • 1.皮肤散发大部分热量
        • 2.呼吸道蒸发散出小部分热量
        • 3.随尿、粪排泄散发
        • 4.通过加温冷空气冷食物而散发少量热量
      • 皮肤散热方式p184
        • 辐射散热、传导散热、对流散热、蒸发散热
    • 体温调节机理p185-186
      • 体温调节机制--调定点学说 (下丘脑体温调节中枢)
      • 运动中体温的变化及调节
        • 运动中由于代谢水平提高，人体产热增加。
        • 人体肌肉活动的最适温度为38℃
      • 习服
        • 人体对高温或低温环境所产生的由不适应到适应的生理过程，称为气候的习服。
        • 习服是有限度的。
• 能量代谢
  • 人体各种能源物质分解代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用，称为能量代谢。
  • 基础代谢
    • 基础代谢概念
      • 基础代谢：基础代谢指基础状态下的能量代谢。（基础状态是指人体处在清醒、安静、空腹、室温在20-25摄氏度条件下的状态。）
      • 基础代谢率
        • 基础代谢率是指单位时间内的基础代谢，即在基础状态下单位事件内的能量代谢。 这种能量代谢是维持最基本生命活动所需要的最低限度的能量。
        • 基础代谢率以每小时每平方米体表面积的产热量为单位。（kJ/(m2×h)）
        • 正常成年男子的基础代谢率约为170kJ/(m2×h)，女子约为155kJ/(m2×h).
      • 安静代谢率:指人体安静状态下的单位时间内的能量代谢
    • 能量代谢的测定原理p171
    • 与能量有关的几个概念
      • 食物热价及氧热价
        • 食物热价：1g食物完全氧化分解所释放出的热量称为食物热价。
        • 食物热价分为物理热价和生物热价
          • 物理热价：食物在体外燃烧时释放的热量
          • 生物热价：食物在体内氧化所产生的热量
          • 糖和脂肪的物理热价与生物热价相等，为17.16kJ 蛋白质的生物热价(18.00KJ)小于其物理热价(23.44KJ)。
        • 氧热价:各种能源物质在体内氧化分解时，每消耗1L氧气所产生的热量称为该物质的氧热价。
        • 体内氧化过程中，氧化的糖越多则氧热价越高，氧化的脂肪较多则氧热价较低。
      • 呼吸商（RQ）
        • 各种物质在体内氧化时所产生的CO2与所消耗的O2的容积之比称为呼吸商。
        • 一般情况下，人体摄取的食物为混合食物，其呼吸商约为0.85（糖1，脂0.71，Pr0.81）
      • 代谢当量(MET)
        • 运动时的耗氧量与安静时耗氧量的比值称为代谢当量。
      • 影响能量代谢的因素
        • 肌肉活动
          • 骨骼肌的收缩与舒张都是主动耗能过程。运动中机体耗氧量增加，消耗能量增多，产热量增加，因而能量代谢率增高。
        • 精神活动
          • 精神紧张；导致肌紧张，交感神经兴奋，肾上腺、甲状腺素分泌；导致产热量增加；导致能量代谢率增加。
        • 食物的特殊动力作用
          • 食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力作用。
          • 机制：肝脏活动造成的。肝脏在处理Pr的分解产物进行脱氨基作用时消耗能量，产生了热量。
        • 环境温度
          • 环境温度过高或过低均可使机体能量代谢率升高。
  • 人体运动时的能量供应与消耗（生化）
    • 耗能的增加受制于运动强度、运动持续时间等因素
    • 骨骼肌收缩的直接能源--ATP
      • 肌肉活动的直接能量来源是三磷酸腺苷，即ATP。
      • 人体ATP最终来源与糖、脂肪、蛋白质的氧化分解。
      • ATP的生成过程
      • ATP的贮备
        • 运动中ATP消耗后的补充速度成为影响运动能力的重要因素
      • ATP的分解供能及补充
        • ATP在酶的催化下，迅速分解为ADP和无机磷酸，并释放出能量。
    • 三个能源系统的特征
      • 磷酸原系统
        • 又称ATP-CP系统。该系统主要是由结构中带有磷酸基团的ATP（ADP）、CP构成。 由于在供能代谢中均发生磷酸基团的转移，故称之为磷酸原。 磷酸原系统作为极量运动的能量，虽然维持运动的时间仅仅6-8s,但却是不可代替的快速能源。 在运动训练中及恢复期，既应设法提高肌肉内磷酸原的贮备量，又重视提高ATP再合成的速率。
      • 酵解能系统
        • 又称乳酸能系统。运动中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。 该系统在极量强度运动的开始阶段，可参与供能，在运动30-60s左右供能速率达最大，维持运动时间2-3min。 该系统在极量运动的能量供应中具有特殊的重要性。磷酸原系统与酵解能系统共同为短时间高强度无氧运动提供能量。
      • 氧化能系统
        • 氧化能系统又称有氧能系统。糖类、脂肪和蛋白质在氧供充分时，可以氧化分解提供大量能量。 该能源系统以糖和脂肪为主，储量丰富，维持运动时间较长，成为长时间运动的主要能源。
    • 能源系统与运动能力
      • 人体运动中能量输出的基本过程为无氧和有氧代谢两个过程。
      • 不同运动项目的能量供应
        • 100m速度型，磷酸原首选能源；马拉松长时间以氧化能系统为主。
      • “能量连续统一体”：运动项目的能量供应之间紧密相连，形成一个连续的统一整体，称为“能量连续统一体”。
      • 运动中能源物质的动员
        • 糖的利用率最快，是一种非常经济的能源，但能源物质的利用情况与运动强度密切相关。
        • 蛋白质在运动中作为能源供能时，通常发生在持续30min 以上的耐力项目。随着运动员耐力水平的提高，可以产生肌糖原及蛋白质的节省化现象。
      • 健身运动的能量供应p180
        • 健身运动的形式多种多样，运动强度均较低，运动持续时间比较长，因而动用的能源物质亦与运动 的特点相适应。
    • 运动能量消耗的计算
      • 运动时的能量消耗在运动生理学中特指因某项运动而引起的净能量消耗，即总能量消耗减去同一时间内安静状态下的能量消耗。在实际测量和计算中，必须考虑到不同强度运动产生的能量消耗。
      • 1.测定安静、运动、恢复期的消耗的氧和产生的二氧化碳
      • 2.求出各阶段的呼吸商
      • 3.根据呼吸商，查氧热价对照表
      • 4.以该氧热价´所计算时间段内机体的总耗氧量，再减去同一t安静状态时的能量消耗，
      • 即为该运动阶段的净能量消耗。