第三章 碳水化合物——最有效的能源物質

碳水化合物（糖）是人體生命活動過程中必不可少的重要營養物質，主要作用是提供能源和碳源。人體所需能量的55%～65%由膳食中的糖供給，無論身體處于何種活動狀態，糖均能氧化分解釋放能量。若飲食中缺乏糖，機體就會加速消耗體內的肌糖原和肝糖原，從而影響人體的機能狀態和運動能力。因此，人體合理的供糖與機能狀態及運動能力的好壞密切相關。

第一節 碳水化合物的消化吸收及營養作用

一、碳水化合物的消化

通常攝入的糖類主要是淀粉、蔗糖、果糖。糖原易破壞，在制成食品時已不存在了。淀粉要煮熟了才能消化，加熱使淀粉膨脹、細胞壁破裂、分子散開，與酶充分接觸。

碳水化合物的消化自口腔開始。口腔分泌的唾液中含有淀粉酶（α-amylase），又稱唾液淀粉酶（ptyalin），唾液中還含此酶的激動劑氯離子，而且還具有此酶最合適pH6～7的環境。淀粉酶能催化直鏈淀粉、支鏈淀粉中α-1,4-糖苷鍵的水解，但不能水解這些分子中分支點上的α-1,6-糖苷鍵及緊鄰的2個α-1,4-糖苷鍵。水解后的產物可有葡萄糖、麥芽糖、異麥芽糖、麥芽寡糖以及糊精等的混合物。

胃里不含任何能水解碳水化合物的酶，其所含的胃酸雖然很強，但對碳水化合物也只可能有微少或極局限的水解，故碳水化合物在胃中幾乎完全沒有什么消化。由于食物在口腔停留時間很短，且胃內又不含有水解碳水化合物的酶，因此碳水化合物在口腔及胃內的消化作用甚微。

碳水化合物的消化主要是在小腸中進行。小腸內消化分腸腔消化和小腸黏膜上皮細胞表面上的消化。極少部分非淀粉多糖可在結腸內通過發酵消化。

小腸內的胰α淀粉酶與唾液淀粉酶相似，只能水解α（1→4）糖苷鍵，消化產物是麥芽糖、麥芽三糖和平均有6個分子葡萄糖的帶支鏈的極限糊精。這些產物可以在小腸黏膜上皮細胞表面進一步徹底消化。小腸黏膜上皮細胞刷狀緣上含有豐富的 α-糊精酶（α-dextrinase）、淀粉酶（glycoamylase）、麥芽糖酶（mahase）、異麥芽糖酶（isomahase）、蔗糖酶（sucrase）及乳糖酶（lactase），它們彼此分工協作，最后把食物中可消化的多糖及寡糖完全消化成大量的葡萄糖及少量的果糖及半乳糖。生成的這些單糖分子均可被小腸黏膜上皮細胞吸收。

人只能吸收單糖。因此雙糖以上的糖首先要消化成單糖才能吸收。消化的過程是按上述的水解過程進行。

二、碳水化合物的吸收

碳水化合物經過消化變成單糖后才能被細胞吸收。糖吸收的主要部位是在小腸的空腸。

單糖首先進入腸黏膜上皮細胞，再進入小腸壁的毛細血管，并匯合于門靜脈而進入肝臟，最后進入大循環，運送到全身各個器官。在吸收過程中也可能有少量單糖經淋巴系統而進人大循環。

單糖的吸收過程是一種耗能的主動吸收。目前普遍認為，在腸黏膜上皮細胞刷狀緣上有一特異的運糖載體蛋白，不同的載體蛋白對各種單糖的結合能力不同，有的單糖甚至完全不能與之結合，故各種單糖的相對吸收速率也就各異。若以葡萄糖的吸收率為100，則半乳糖為110，果糖為43，這些糖類的吸收均為依賴于特定載體的主動轉運過程。但是，如果糖和葡萄糖或淀粉同時食用，果糖可完全吸收，甚至單獨對果糖吸收不良的人也是如此。因為果糖很少單獨的存在于沒有其他碳水化合物的食物中，所以果糖吸收不良可能僅是單純口服果糖研究中的一個問題。有證據表明，小腸黏膜上皮細胞刷狀緣葡萄糖苷酶缺乏，將引起相應碳水化合物吸收限制，乳糖酶缺乏普遍存在于非白人的人群，并常引起乳糖吸收不良。半乳糖的吸收與葡萄糖相同。

小腸上皮細胞吸收營養素的效率很高，但壽命很短，3～6天就更新1次。維生素B12缺乏或蛋白質能量營養不良時將影響腸黏膜細胞，導致吸收不良。任何妨礙腸黏膜細胞增生的疾病，都能影響微絨毛膜上酶的合成和糖的吸收。

三、碳水化合物的營養作用

碳水化合物是生命細胞結構的主要成分及主要供能物質，并且有調節細胞活動的重要功能。

（一）供給和儲存能量

膳食碳水化合物是人類獲取能量的最經濟和最主要的來源。每克葡萄糖在體內氧化可以產生16.7kJ（4kcal）的能量。維持人體健康所需要的能量中，55%～65%由碳水化合物提供。糖原是肌肉和肝臟碳水化合物的儲存形式，肝臟約儲存機體內1/3的糖原。一旦機體需要，肝臟中的糖原即將分解為葡萄糖以提供能量。碳水化合物在體內釋放能量較快，供能也快，是神經系統和心肌的主要能源，也是肌肉活動時的主要燃料，對維持神經系統和心臟的正常供能，增強耐力，提高工作效率都有重要意義。

（二）構成組織及重要生命物質

碳水化合物是構成機體組織的重要物質，并參與細胞的組成和多種活動。每個細胞都有碳水化合物，其含量約為2%～10%，主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在。核糖核酸和脫氧核糖核酸兩種重要生命物質均含有D-核糖，即5碳醛糖；一些具有重要生理功能的物質，如抗體、酶和激素的組成成分，也需碳水化合物參與。

（三）節約蛋白質作用及調節脂代謝

機體需要的能量，主要由碳水化合物提供，當膳食中碳水化合物供應不足時，機體為了滿足自身對葡萄糖的需要，則通過糖原異生（gluconeogenesis）作用動用蛋白質以產生葡萄糖，供給能量；而當攝入足夠量的碳水化合物時則能預防體內或膳食蛋白質消耗，不需要動用蛋白質來供能，即碳水化合物具有節約蛋白質作用（sparing proteinaction）。

脂肪酸被分解所產生的乙酰基需要與草酰乙酸結合進入三羧酸循環，而最終被徹底氧化和分解產生能量。當膳食中碳水化合物供應不足時，草酰乙酸供應相應減少；而體內脂肪或食物脂肪被動員并加速分解為脂肪酸來供應能量。這一代謝過程中，由于草酰乙酸不足，脂肪酸不能徹底氧化而產生過多的酮體，酮體不能及時被氧化而在體內蓄積，以致產生酮血癥和酮尿癥，膳食中充足的碳水化合物可以防止上述現象的發生。

（四）解毒及增強腸道功能作用

經糖醛酸途徑生成的葡萄糖醛酸，是體內一種重要的結合解毒劑，在肝臟中能與許多有害物質如細菌毒素、酒精、砷等結合，以消除或減輕這些物質的毒性或生物活性，從而起到解毒作用。非淀粉多糖類如纖維素和果膠、抗性淀粉、功能性低聚糖等抗消化的碳水化合物，雖不能在小腸消化吸收，但刺激腸道蠕動，增加了結腸內的發酵，發酵產生的短鏈脂肪酸和腸道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。

第二節 碳水化合物分類及代謝

一、碳水化合物分類

碳水化合物是由碳、氫、氧3種元素組成的一類化合物，其中氫和氧的比例與水分子中氫和氧的比例相同，因而被稱為碳水化合物，又稱糖類。根據分子結構的繁簡，碳水化合物分為單糖、雙糖和多糖3大類。

（一）單糖（monosaccharide）

單糖是最簡單的碳水化合物，易溶于水，可直接被人體吸收利用。最常見的單糖有葡萄糖、果糖和半乳糖。葡萄糖主要存在于植物性食物中，人血液中的糖是葡萄糖。果糖存在于水果中，蜂蜜中含量最高。果糖是甜度最高的一種糖，它的甜度是蔗糖的1.75倍。半乳糖是乳糖的分解產物，吸收后在體內可轉變為葡萄糖。

（二）雙糖（disaccharide）

雙糖是由2分子單糖脫去1分子水縮合而成的糖，易溶于水。它需要分解成單糖才能被身體吸收。最常見的雙糖是蔗糖、麥芽糖和乳糖。蔗糖是1分子葡萄糖和1分子果糖縮合而成，是我們日常生活中最常食用的糖。白糖、紅糖、砂糖都是蔗糖。麥芽糖是2分子葡萄糖縮合而成，谷類種子發芽時含量較高，麥芽中含量尤其高。乳糖是由1分子葡萄糖和1分子半乳糖縮合而成，存在于人和動物的乳汁中，其甜度只有蔗糖的1/6。乳糖不易溶于水，因而在腸道中吸收較慢，有助于乳酸菌的生長繁殖，對預防嬰幼兒腸道疾病有益。

（三）多糖（polysaccharide）

多糖是由許多單糖分子聚合而成的高分子碳水化合物，無甜味，不溶于水。多糖主要包括淀粉、糊精、糖原和膳食纖維。淀粉是谷類、薯類、豆類食物的主要成分。淀粉在消化酶的作用下分解成糊精，再進一步消化成葡萄糖被吸收。糖原也叫動物淀粉，是動物體內貯存葡萄糖的一種形式，主要存在于肝臟和肌肉內。當體內血糖水平下降時，糖原即可重新分解成葡萄糖滿足機體的能量需要。膳食纖維雖不能被人體消化并提供能量，但有其特殊的生理功能。

二、碳水化合物代謝

糖是運動時唯一無氧代謝合成ATP的細胞燃料，糖氧化具有耗氧量低，輸出功率較脂肪氧化大等特點，是大強度、中等強度運動的主要燃料，在任何運動開始、加力或強攻時，都需要由糖代謝提供能量。糖代謝主要指葡萄糖在體內的一系列復雜的化學反應，包括分解代謝與合成代謝。碳水化合物在體內分解過程中，首先經糖酵解途徑降解為丙酮酸，在無氧情況下，丙酮酸在胞漿內還原為乳酸，這一過程稱為碳水化合物的無氧氧化。由于缺氧時葡萄糖降解為乳酸的情況與酵母菌內葡萄糖“發酵”生成乙酸的過程相似，因而碳水化合物的無氧分解也稱為“糖酵解”。在有氧的情況下，丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧后進入三羧酸循環，最終被徹底氧化成二氧化碳及水，這個過程稱為碳水化合物的有氧氧化。

（一）無氧分解

1．糖酵解過程

由于葡萄糖降解到丙酮酸階段的反應過程對于有氧氧化和糖酵解是共同的，因此把葡萄糖降解成丙酮酸階段的具體反應過程單獨地稱為糖酵解途徑。整個過程可分為2個階段。第1階段由1分子葡萄糖轉變為2分子磷酸丙糖，第2階段由磷酸丙糖生成丙酮酸。第1階段反應是一個耗能過程，消耗2分子ATP；第2階段反應是產能過程，1分子葡萄糖可生成4分子的ATP，整個過程凈生成2分子ATP。（圖3-1）

2．糖酵解作用的生理意義

糖酵解產生的可利用能量雖然有限，但在某些特殊情況下具有重要的生理意義。例如，重體力勞動或劇烈運動時，肌肉可因氧供應不足處于嚴重相對缺氧狀態，這時需要通過糖酵解作用補充急需的能量。

（二）有氧氧化

葡萄糖的有氧氧化反應過程可歸納為3個階段：第1階段是葡萄糖降解為丙酮酸，此階段的化學反應與糖酵解途徑完全相同。第2階段是丙酮酸轉變成乙酰輔酶A。第3階段是乙酰輔酶A進入三羧酸循環被徹底氧化成CO2和H20，并釋放出能量。三羧酸循環由一連串的反應組成。這些反應從有4個碳原子的草酰乙酸與2個碳原子的乙酰CoA的乙酰基縮合成6個碳原子的檸檬酸開始，反復地脫氫氧化。通過三羧酸循環，葡萄糖被完全徹底分解。（圖3-2）

糖有氧氧化的生理意義：有氧氧化是機體獲取能量的主要方式。1分子葡萄糖徹底氧化可凈生成36～38個ATP，是無氧酵解生成量的18～19倍。有氧氧化不但釋放能量的效率高，而且逐步釋放的能量儲存于ATP分子中，因此能量的利用率也很高。糖的氧化過程中生成的CO2并非都是代謝廢物，有相當部分被固定于體內某些物質上，進行許多重要物質的合成代謝。例如在丙酮酸羧化酶及其輔酶生物素的催化下，丙酮酸分子可以固定CO2生成草酰乙酸。其他一些重要物質，如嘌呤、嘧啶、脂肪酸、尿素等化合物的合成，均需以CO2作為必不可少的原料之一。有氧氧化過程中的多種中間產物可以使糖、脂類、蛋白質及其他許多物質發生廣泛的代謝聯系和互變。

糖的氧化過程需要多種維生素和金屬離子作為輔酶，如維生素B1、維生素B2、維生素PP、鐵、鎂、錳等，這些物質嚴重缺乏時，可造成糖代謝障礙，糖代謝還受機體的攝氧量、代謝中間產物、激素和神經體液等多種因素的影響。

三、血糖指數和血糖負荷

（一）血糖指數

血糖指數（glycemic index, GI），也譯作血糖生成指數，是1981年加拿大內科醫生Jenkins首先提出在《美國臨床營養期刊》的一個衡量碳水化物對血糖反應的有效指標，是指分別攝入含50g碳水化合物的食物與50g葡萄糖后2 h血漿葡萄糖糖耐量曲線下面積之比值。反映了某種食物與葡萄糖相比升高血糖的速度與能力。常見食物的血糖指數，見表3-1。

計算公式：GI=（含有50g碳水化合物某食物的2 h血糖應答/50g葡萄糖的2 h血糖應答×100%）

當血糖生成指數在55以下時，可認為該食物為低GI食物。

當血糖生成指數在55～70之間時，該食物為中等GI食物。

當血糖生成指數在70以上時，該食物為高GI食物。

（二）血糖指數影響因素

1．糖的類型

食物的血糖指數不能簡單地由食物的類型如單糖、雙糖以及多糖決定。例如，烤土豆的血糖指數較高而新鮮土豆和小麥血糖指數居中，雖然它們都是多糖但是它們的血糖指數卻不同。研究也發現，白面包和土豆的血糖指數高。相反，果糖的血糖指數要比大多數淀粉低得多。

2．食物纖維含量

高纖維含量的食物可能導致消化吸收速率減慢，進而延遲了血糖的升高，因此，血糖指數就較低。含可溶性纖維的食物如蘋果和豆類血糖指數較低，因為可溶性纖維在胃腸道內有一定的粘滯性，吸收也較慢。

3．食物中蛋白質和脂肪的含量

蛋白質和脂肪因為不能明顯升高血糖，血糖指數也比較低。食物中的蛋白質和脂肪導致胃排空延長，進而使血糖升高的時間延長。因此，含蛋白質和脂肪的食物如高蛋白面包和燒烤食物血糖指數有著很大的差異。

4．食物的液體或固體形式

一般情況下，液體食物的消化吸收比固體食物要快，因此可以較快的升高血糖。例如，液體碳水化合物如果汁很快被吸收進入血液，而水果需要花費很長時間消化吸收，最終以葡萄糖的形式進入血液。

5．進餐時間

大多數人在24h內進餐3次或更多。進餐時間對血糖指數影響比較大。進食糖果2h后的血糖與6～8h內未進食的血糖相比相差很大。

6．食物間的相互作用

血糖指數是準確評估某單一食物對血糖的影響的指標。利用血糖指數來選擇食物往往比較困難，因為人們往往會吃多種食物，且食物中所含的碳水化合物種類也不相同。

7．總碳水化合物的消耗

糖水化合物的大量消耗對血糖和胰島素影響很大。血糖指數僅僅反映某一特定食物對血糖的影響。而我們會同時攝入2種或多種食物。當同時攝入幾種GI不同的食物時，血糖的變化或糖負荷決定了最終的血糖指數。

GI越小的食物，在胃腸中停留時間長，吸收率低，葡萄糖釋放緩慢，葡萄糖進入血液后的峰值低、下降速度也慢，升高血糖的程度越小；高GI的食物，進入胃腸后消化快、吸收率高，葡萄糖釋放快，葡萄糖進入血液后峰值高，也就是血糖升的高。故可利用GI的概念指導糖尿病人及消化道病人的飲食有非常重要的指導意義，糖尿病人可注意選用GI低的食物，而消化道病人可注意選用GI高的食物。

近年來，GI的研究也逐步應用到運動營養領域中，為科學調配運動員訓練比賽膳食提供了一個新思路。有研究表明，通過控制飲食中的GI，可以調節體內糖原儲備，更有效地進行運動。低血糖指數（GI）的食物可作為大運動量訓練前糖原補充劑，而高血糖指數的食物對訓練后的恢復有益。但對如何確切地利用GI的概念指導運動員運動前、運動中和運動后的飲食，有待進一步研究。

血糖指數可以有效的幫助運動員選擇健康的碳水化合物。血糖指數比我們想象的要復雜得多，對食物分類也不是一件容易的事。還需要知道食物中碳水化合物的含量。

（三）血糖負荷

血糖指數是評估食物是否能穩定血糖水平的有效方法，但它不能告訴你某種食物含有多少碳水化合物。為此，1997年，哈佛大學的研究者Salmeron等提出了“血糖負荷（glycemic load, GL）”的新概念，使糖尿病病友在合理選擇及搭配飲食上，更加直觀簡便易行。

GL將碳水化合物的數量和質量結合起來，表示一定質量（重量）的食物對人體血糖影響程度的大小，其計算公式如下：攝入食品中的實際可利用碳水化合物的質量乘以食品的GI值，再除以100。GL的提出體現了碳水化合物數量對血糖的影響，可以對實際提供的食物或總體膳食模式的血糖效應進行定量測定，因此GL比GI更能全面評價食物引起血糖升高的能力。GL與GI值結合使用，可反映特定食品的一般食用量中所含可利用碳水化合物的數量，因此更接近實際飲食情況。

當GL大于或等于20時為高GL，提示食用的相應重量的食物對血糖的影響明顯。

當GL在10～20之間時為中GL，提示食用的相應重量的食物對血糖的影響一般。

當GL小于或等于10時為低GL，提示食用的相應重量的食物對血糖的影響不大。

以西瓜為例。我們知道西瓜的GI值較高（72），現在算一下它的GL，看看情況如何。

假如我們要吃一塊3兩的西瓜，查食物成分表可知西瓜的碳水化合物含量為100（2兩）中5.5g,3兩西瓜中所含的可利用碳水化合物為5.5×150/100 =8.25, GI值為72。西瓜的GL值計算如下：8.25×72/100=5.94，約等于6。這樣一來，我們就知道了一次吃3兩的西瓜對血糖的影響并不大。

同理，如果我們要吃一塊1斤的西瓜，查食物成分表可知西瓜的碳水化合物含量為100（2兩）中5.5g,1斤西瓜中所含的可利用碳水化合物為5.5×500/100=27.5, GI值為72。西瓜的GL值計算如下：27.5×72/100 =19.8，約等于20。這樣一來，我們一次吃1斤的西瓜對血糖的影響就比較明顯了。

所以通過應用GL我們就會知道，將高GI值食品納入飲食計劃是可以的。也就是說，對于任何食品，糖尿病病友都是可以食用的，只不過要嚴格控制食品的重量。切記，拒食某些食品——尤其是高GI值的水果、蔬菜、粗糧和豆類，您就可能會漏失大量的維生素、礦物質和纖維。

四、血糖指數在運動營養學中的應用

在以往的文獻中有許多關于食物血糖指數的研究。為了尋求提高運動成績的最佳食物，研究人員查閱了不同食物所含糖的不同類型以及運動員在何時進食對提高運動成績最有效。血糖指數和血糖負荷可以很好地指導運動員選擇適合自己的食物。

（一）血糖指數在運動訓練中的應用

隨著血糖指數研究的不斷深入，研究人員開始關注食物的血糖指數是否有利于運動訓練。碳水化合物是運動尤其是在高強度或長時間的運動的主要燃料，研究表明利用血糖指數指導飲食可以提高運動成績。利用血糖指數可以改善運動前、運動中或運動后的碳水化合物的補充。

運動前最好補充高血糖指數的食物。高血糖指數的食物有助于進一步填充肝臟糖原，尤其運動前半小時之前。但也有研究認為運動前補充低血糖指數對耐力更有益處。補充低血糖食物提高運動成績的原因可能是后者導致了脂肪動員的增加。但是，并不是所有的研究將低血糖指數食物引起的改變與輸出功率的增加或至力竭時間的延長直接聯系起來。運動前如何利用血糖指數補充碳水化合物仍需要進一步的研究，比如運動前多長時間補充糖類以及運動員糖原儲備狀況等。

運動過程中，骨骼肌需要快速運輸來的碳水化合物來滿足高強度或長時間運動的需要。所以，碳水化合物含量豐富或血糖指數在中等或以上的飲料是最佳選擇。補充血糖指數較低的食物將導致運動成績下降和運動暫停。

運動后補充營養物質的目的就是促進恢復。運動后立即補充碳水化合物是血糖回升的關鍵。補充血糖指數在中等及以上的食物可以盡快幫助運動員糖儲備的恢復。研究表明，劇烈運動后運動員需要及時補充50～100g高血糖指數的碳水化合物。這些建議雖然得到了支持，但是運動后6～24h內的恢復情況卻是不同的。運動后24h，補充低血糖指數的食物和補充高血糖指數的食物對糖儲備的影響相似。

利用食物的血糖指數幫助運動員提高運動成績有很多可取之處。但是，仍然有許多限制。大多數血糖指數都是依據非運動員測定出來的。運動員與非運動員對血糖指數的反應可能不同。與非運動員相比，運動員有較多的瘦體重和較高的胰島素敏感性。另外，并不是所有的研究都與運動前、運動中和運動后利用血糖指數補充碳水化合物與運動成績的提高相聯系。

目前還沒有測定所有食物的血糖指數。很多因素會影響血糖指數，進而會影響血糖和胰島素水平。糖負荷和血糖動力學是未來幫助我們確定不同食物、何時進餐以及碳水化合物補充量是如何影響血糖的新概念。

實際上，血糖指數低、中和高的食物都包含了對人體有益的營養素、可溶或不可溶的纖維以及碳水化合物。將這些好處告訴運動員同時建議他們補充碳水化合物將有助于他們保持健康和提高運動成績。血糖指數還可以用來提高運動員對食物所含碳水化合物的認識，但同時必須考慮其局限性。有關血糖指數的進一步研究將幫助運動員選擇更好類型的碳水化合物來保持健康、提高運動成績以及促進恢復。有關血糖指數、血糖負荷和血糖動力學的研究和應用仍需進一步研究，而相關理論仍需進一步完善。隨著血糖指數研究的深入和在運動訓練中應用的逐漸廣泛，將會有越來越多利用血糖指數的建議來指導運動員保持健康、提高運動成績。

第三節 糖在運動中供能意義

糖在能量代謝中十分重要，是運動中的主要能量來源，對人體運動能力有很大影響，因此如何利用糖來提高運動成績，是運動營養學中的重要課題，迄今國內外已進行了大量研究。

（一）人體糖的儲存形式

人體一般儲存400～600g碳水化合物，主要在肝臟和骨骼肌內。總量大約在1600～2400kcal（每克碳水化合物可產能4kcal）。1600～2400kcal聽起來似乎很大，但是僅僅有400～500kcal用來維持血糖平衡。剩下的1200～1900kcal的能量以糖原的形式儲存在肌細胞內，這部分能量不易被其他器官利用。也就是說，肌糖原不像肝糖原能夠維持血糖恒定。因此，肝糖原一旦耗盡，血糖便開始下降。相反，脂肪細胞儲存了90000kcal的能量，并且這些能量可以被機體其他器官利用。盡管碳水化合物是骨骼肌運動的重要原料，但是機體內儲存的碳水化合物卻非常少。很多項目如馬拉松、長距離滑雪、競走等，能量消耗都在1000kcal以上有的甚至達2000～4000kcal，所以在長于1 h以上的運動項目中體內糖原會耗竭；因此，運動員應該通過訓練或不同營養物質間的競爭作用來提高機體內碳水化合物的循環量和儲存量。

（二）糖在運動訓練中代謝及消耗

糖在機體內氧化具有產能迅速，耗氧量少，代謝完全、終產物不增加體液酸度等優點。因此，糖是人體最重要的供能物質，也是唯一能進行無氧和有氧氧化合成ATP的營養素，能在任何運動狀態下為肌肉提供能量。肌糖原能以1500kcal/h的高速率無氧代謝供能，維持1min左右的高強度運動；也能以提供700～800kcal/h的有氧代謝供能，是長時間、持續達2～3 h中等強度訓練中肌肉的優質燃料；血糖的氧化速率相對較低，為50～250kcal/h，但它是中樞神經系統的重要能源物質。當血糖濃度下降時，首先影響中樞神經系統的機能，產生疲勞或頭暈等現象，從而影響運動能力。

（三）補糖與運動能力

在訓練和比賽中，運動員每日消耗能量依賴于運動量和運動強度。一次60～90min的訓練課耗能1000～1400kcal，要求每千克體重攝能量50kcal，其中糖供能約占60%～70%，相當于每日攝糖500～600g。運動員能量需要量高，日耗能量大多比未受訓練的個體多2～3倍，能量消耗的40%以上用于訓練；然而，健康人體內源性糖儲備總量只有2000kcal。所以，在進行大強度運動訓練時應設法使糖的儲備達到最大。糖原儲備減少，不僅使機體耐力下降，而且也使大強度運動時的最大攝氧量降低。體內糖原儲量與運動能力成正比關系。運動前補糖可以增加體內肝糖原貯備和血糖的來源；運動中合理的補充糖，可以減少糖原消耗，提高血糖水平，有利于提高運動能力。但不同種類糖的功效有所不同，如葡萄糖，蔗糖較易引起胰島素反應，而果糖的此種反應較小，有研究表明，低聚麥芽糖對增加糖原貯備，維持血糖，減少胰島素反應，提高運動能力等有良好作用。運動后補糖可促進糖原儲備的恢復。加速運動性疲勞的消除。對長跑和自行車運動員的試驗表明，劇烈運動后，若食用高糖膳食，其體力可在42 h內完全恢復；但高蛋白低糖膳食，體力則需要5～7d才完全恢復。

（四）運動訓練期間補糖的時間效應

為了提高運動成績，運動前需要補充足量的碳水化合物。運動前合理的營養補充主要強調運動前幾天補充碳水化合物的類型和劑量，研究表明碳水化合物的類型、補充劑量和補充時間直接決定了運動表現和運動成績。另外，進餐和補充的時間也非常重要。對于碳水化合物補充，每個人的喜好和耐受性可能會不一樣；但是，依照這些建議和經驗，運動員可以制定既有利于運動又符合自己生活習慣的飲食計劃。

1．比賽或訓練前，運動員應該吃什么食物

運動前幾天，甚至幾小時內補充足量的碳水化合物是提高能源儲備和運動成績的關鍵。人們普遍認識到運動前幾天內補充高碳水化合物的食物將有利于運動成績的提高。

研究表明長時間的耐力運動前提高機體糖原儲備量可以延緩疲勞發生的時間并提高運動成績。碳水化合物負荷（carbohydrate loading）的概念提及了肌糖原填充的過程，也指出了提高糖原儲備可延緩疲勞的發生。例如，正常飲食的非運動員的骨骼肌內糖原含量大約為80mmol/kg濕肌。長期的運動訓練可以使肌糖原儲備適應性增加。經常運動的運動員的骨骼肌內糖原含量可提高到125mmol/kg濕肌。但是如果降低運動強度減少糖原日常消耗，同時增加碳水化合物的攝入量，肌糖原儲備可提高到175～200mmol/kg濕肌。通過碳水化合物負荷訓練后，運動員體重會暫時增加，因為骨骼肌內碳水化合物每增加1g，水分就會增加3g。額外增加的水將導致運動員出現臃腫感覺和動作僵硬，這些都會影響運動成績。

2．賽前4～24h內碳水化合物的補充

賽前4～24h內應該補充碳水化合物為主的食物，碳水化合物供能應該占到60%～70%。這段時間的高碳水化合物飲食將使運動員肝糖原和肌糖原進一步填充，使機體處于最佳的能源物質儲備狀態。

除了碳水化合物外，適量的蛋白質和脂肪也是不可或缺的，賽前運動員最好進食熟悉的食物，不宜嘗試更換食物。最好在比賽的前幾周，就應該確定最佳的食物搭配和類型。賽前24h內更換食物可能導致胃腸道出現意外，比如消化不良、胃部不適、腹瀉、腹部絞痛等，這些都將會影響運動員成績的發揮。

3．運動前4h內碳水化合物的補充

此時，碳水化合物的儲存達到頂點，補充的食物應該易消化并能夠保證運動員在運動前不會感到饑餓。賽前1～4h內，運動員會消耗1～4.5g碳水化合物/kg體重。應該鼓勵運動員摸索補充碳水化合物的量以及補充時間。運動前1～4h內，運動員應該考慮補充以下食物。

復雜的碳水化合物：賽前補充的碳水化合物主要用來維持血糖的穩定。選擇易吸收且纖維低的食物，最好是低血糖指數的食物，可以避免血糖出現大的波動，并有充足的胰島素效應。

蛋白質含量豐富的碳水化合物：蛋白質可以通過延遲碳水化合物的消化吸收維持血糖水平。碳水化合物以及蛋白質含量豐富的食物有乳制品、乳制品的替代產品、豆制品、豆類；豆類應該少一點，因為豆類含大量的纖維，可能會導致胃腸道的不適。

運動前2h內，理想的食物有最好清淡的小點心以及含碳水化合物的飲料。少量的碳水化合物既維持血糖的穩定，又不會引起胃腸道的不適。但運動前30min內補充碳水化合物不利于運動成績的發揮。因為吸收碳水化合物將導致胰島素水平升高，進而導致運動開始時一個15min的血糖降低。

4．運動過程中碳水化合物的補充

不論是短時間的運動項目，還是長時間的運動項目，運動過程中補充碳水化合物將有利于延緩疲勞的出現。運動過程中補充碳水化合物可以減少對機體糖原的依賴。不同的碳水化合物消化吸收的速率以及氧化功能和口味可能會不同，碳水化合物的形狀和類型對其吸收影響也很大。運動員應該根據運動項目的能量需求、運動中食物或飲料的吸收效率以及個人的耐受性制訂能量補充計劃。

5．運動過程中應該補充什么類型的碳水化合物

研究表明運動過程中葡萄糖、蔗糖、葡萄糖聚合物/麥芽糖糊精、淀粉吸收和氧化的速率都很高，也是主要供能物質。果糖和半乳糖的吸收和氧化速率比其他碳水化合物低。果糖的吸收速率只有葡萄糖的一半，果糖必須在肝臟內轉化為葡萄糖后才可以被利用。補充大量的果糖可能導致胃腸道的不適、痙攣或者腹瀉。因此，半乳糖和果糖并不是運動過程中令人滿意的能量來源。但是由于果糖有極好的口味，因此常和其他吸收較好的碳水化合物混合補充。運動營養品對運動員的功效可以通過其吸收性效率來評定，通過測定幾種不同碳水化合物的聯合功效來制定易吸收、運動中補充方便并且口味佳的食物或飲料。運動中補充運動飲料、碳水化合物凝膠和能量棒等營養品可為機體提供豐富的碳水化合物。

運動中碳水化合物的補充量有2個因素決定：（1）碳水化合物的利用率；（2）胃排空以及消化吸收的速率。葡萄糖的氧化效率或肌肉利用血糖供能的效率大約為1.0～1.1g/（kg·h）。運動強度、肌糖原儲備量以及健康水平等因素是影響血糖供能的潛在因素。但是，這些因素對氧化效率的影響還不太清楚。

另外，對胃排空速率、消化吸收以及血糖向工作肌的轉運情況等因素的研究得出了一致的結果。運動過程中消化率、吸收率以及血糖的轉運效率是碳水化合物利用的限制因素。Jeukendrup等人的研究發現運動中補充低劑量的碳水化合物（0.43g/（kg·h））產生了相似的血糖濃度（0.43g/（kg·h）），骨骼肌對轉運來的血糖利用率為90%～95%。當補充高劑量的碳水化合物（3g/（kg·h））后血糖濃度只有補充量的33%（0.96～1.04g/（kg·h）），這就是消化吸收的最大速率。但是骨骼肌對轉運來的血糖利用率仍為90%～95%。依據這個發現可知，碳水化合物進入循環系統的速率是其氧化功能的限制因素。補充超過機體吸收量的碳水化合物并不一定是好事，未被吸收的碳水化合物會繼續留在胃腸道內，可能導致痙攣和腹瀉。因此，運動過程中運動員每小時應該補充60～70g碳水化合物，這樣既能夠滿足自身的能量需求，又不會引起胃腸道的不適。

運動過程中，不同運動員對碳水化合物的耐受量差異也很大。有些運動員每小時補充60～70g碳水化合物后不會引起胃腸道的不適，而有些運動員每小時補充50g碳水化合物后就可能出現痙攣或腹脹。在日常訓練中可通過嘗試性實驗確定每個運動員的碳水化合物最佳攝入量。碳水化合物的形式可能會影響運動員的最佳攝入量。運動員應該嘗試同時補充不同的運動飲料，能量棒、碳水化合物凝膠以及其他食物以確定它們在運動中的最佳組合。

運動飲料不僅提供了運動中所需的碳水化合物，還提供了水分和電解質。運動過程中應該選取含碳水化合物為6%～8%的運動飲料來刺激胃排空和液體吸收。含碳水化合物超過8%的運動飲料可以被包括在飲食中，但是在運動中并不是最佳的。高碳水化合物含量的運動飲料還用于碳水化合物儲備時或運動員急需補充能量時。

6．運動后碳水化合物的補充

中等強度/中距離以及大強度/長距離的運動后，肌糖原和肝糖原幾乎耗盡。運動后機體急需碳水化合物來彌補消耗的糖原，已準備下一次運動。運動后除非補充足夠的碳水化合物，否則肌糖原無法恢復正常水平，運動成績也將打折扣。制定運動后營養恢復計劃時，要考慮以下幾個因素：補充碳水化合物的時間；碳水化合物的類型和其他營養素；運動后碳水化合物的補充量。

7．運動后補充碳水化合物的時間

補充碳水化合物的時間和類型影響糖原恢復的快慢。但運動后即使補充充足的碳水化合物，糖原的恢復也需要20 h甚至更多。

研究表明運動后2h內補充碳水化合物骨骼肌吸收血糖儲存糖原的速率較高。運動后4h候補充碳水化合物與運動后即刻補充相比，糖原合成速率減半。因此，運動后應該盡早補充高血糖指數的碳水化合物食物。運動后及時補充碳水化合物可以使血液和細胞中的糖得到及時補充。運動后的飲食計劃中應該包含易于補充的點心和運動飲料。

由于碳水化合物被快速轉運到骨骼肌是肌糖原恢復的關鍵，所以最好選擇消化快、易吸收且碳水化合物含量高的食物。運動后為提高糖原恢復所補充食物應該包括以下因素：高血糖指數、液體形式的碳水化合物以及包含碳水化合物和蛋白質的飲料。運動后高血糖指數的食物被認為是最佳的碳水化合物。高血糖指數的食物吸收快，可以很快被轉運到骨骼肌。

為了使糖原充分恢復，運動后3～4h內，碳水化合物的補充速率要維持在1.2g/（h×kg體重）。例如，一個體重為68.2kg的運動員，在1～2 h的運動后的15～30min內，需要補充82g碳水化合物（68.2×1.2 =82），在隨后的2～3 h內，每小時還需要補充82g碳水化合物。下列是包含82g碳水化合物：1個香蕉和8盎司酸奶酪；6～8盎司果汁和面包；8盎司牛奶和1～1.5杯麥片。

六、糖類的膳食參考攝入量與食物來源

（一）碳水化合物的膳食參考攝入量

人體對碳水化合物的需要量，常以可提供能量的百分比來表示。由于體內其他營養素可轉變為碳水化合物，因此其需要量尚難確定。1988年，中國營養學會曾建議我國健康人群的碳水化合物供給量為總能量攝入的60%～70%。根據目前我國膳食碳水化合物的實際攝入量和FAO/WHO的建議，于2000年制訂的中國居民膳食營養素參考攝入量中的碳水化合物適宜攝入量（AI）為占總能量的55%～65%。應包括復合碳水化合物淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等碳水化合物；限制純能量食物如糖的攝入量，提倡攝入營養素/能量密度高的食物，以保障人體能量和營養素的需要及改善胃腸道環境和預防齲齒的需要。

（二）碳水化合物的食物來源

膳食中淀粉的來源主要是糧谷類和薯類食物。糧谷類一般含碳水化合物60%～80%，薯類中含量為15%～29%，豆類中為40%～60%。單糖和雙糖的來源主要是蔗糖、糖果、甜食、糕點、甜味水果、含糖飲料和蜂蜜等。碳水化合物廣泛分布于自然界中，人類所需的碳水化合物的食物來源是多方面的，主要來自植物性食物，動物性食物中含量很少。按食物來源大致可分為以下幾類：（1）谷類；（2）根莖作物；（3）食糖作物；（4）豆類；（5）蔬菜；（6）水果；（7）乳產品。上述各種可以供給碳水化合物的食品中，應盡量以糧食和薯類為主要來源，同時為了得到一定數量的纖維素，還應多吃蔬菜水果，而少吃蔗糖。（表3-2）