第一篇 營養基礎篇

第一章 營養物質的消化與吸收

人體每天通過不同的食物獲取所需要的營養素。食物是一種非常復雜的混合物，其中所含的營養素，只有水、無機鹽和某些維生素等能夠直接被人體吸收，而蛋白質、脂肪、多糖類，這些物質不能被人體直接吸收，必須通過消化道的分解，將結構復雜的大分子物質變成結構簡單的小分子物質，才能被人體吸收。

所謂消化，就是人體通過各種物理和化學作用將食物分解成可以被吸收的小分子物質。食物的消化包括機械性消化和化學性消化2個過程。機械性消化是指消化管的活動，對食物進行機械性磨碎并與消化液混合和推動食糜前進?；瘜W性消化是指靠消化液中的消化酶對食物進行化學性分解，將食物中營養成分變為可以吸收的營養物質，兩者之間是相互聯系、相互促進的。消化后的營養成分通過消化管壁進入血液和淋巴的過程叫做吸收。消化和吸收這2個生理過程的順利進行，從而提供人體的新陳代謝、生長發育和從事各種活動所需要的營養物質。

第一節 消化系統的概述

一、消化系統概述

消化系統是由消化管和消化腺2部分組成。人體的消化管，既是食物通過的管道，又是食物消化、吸收的場所。消化管由口腔、咽、食管、胃、小腸、大腸、直腸、肛門等組成的粗細不等的完整管道。消化腺有唾液腺（包括腮下腺、領下腺、舌下腺）、胃腺、肝臟、胰腺、腸腺等。

整個消化道的長度約9m?？谇皇窍赖娜肟冢彩鞘澄飻z取的第一場所，其主要作用就是咀嚼食物。咀嚼的意義在于可以將食物由大變小、由粗變細，即由食物變為食物團，這樣可以增大其消化面積，更充分的發揮酶的消化作用。另外唾液腺分泌的唾液，不僅起到濕潤食物的作用，而且唾液中含有唾液淀粉酶，可以對食物進行初步的化學消化。

通過吞咽作用，食物經食管進入了一個重要的消化器官——胃。胃通過攪動將食物與胃酸等混合在一起，這一消化過程大約要持續1h。

食物的消化和吸收最主要的器官就是小腸，小腸曲折蜿蜒在體內，約5～7m長。小腸分成十二指腸、空腸和回腸3部分，十二指腸長度大約為12個手指的寬度總和（約24 cm），空腸大約占小腸總長度的60%，回腸則占大約40%。經胃消化過的食物首先進入十二指腸，雖然很短，是膽總管與胰管的共同開口，含有豐富的消化酶，也是食物消化的主要場所之一。

小腸管壁有環形皺襞，黏膜有許多絨毛，絨毛根部的上皮下陷至固有層，形成管狀的腸腺，每個絨毛中都含有豐富的毛細血管和毛細淋巴管，將營養物質吸收進入體內的循環系統。小腸的長度、皺襞以及豐富的絨毛增大了小腸的吸收面積，因此是食物吸收的主要場所（空腸、回腸）。

經過小腸消化吸收后的食物殘渣進入大腸，包括盲腸、結腸和直腸3部分。食物殘渣在體內18～24h才會排出體外。大腸中的一些細菌會對人體不能消化吸收的食物殘渣進行處理并釋放出氣體和某些維生素，而這些維生素溶于水后仍可以在結腸中被人體吸收。而后，食物殘渣由糞便的形式排出體外。（圖1-1）

第二節 營養物質的消化與吸收

一、糖類在人體內的吸收利用

食物中含有豐富的糖，盡管類型不同，但都是由單糖構成的。例如，雙糖就是由2個單糖分子脫水形成的；低聚糖，又稱寡糖（disaccharide）：由3～10個單糖分子脫水縮合而成；多糖（polysaccharide）：由幾百個乃至幾萬個單糖分子縮合生成。對人體最重要的單糖是葡萄糖，食物中的糖經過酶的消化，才能成為可以被細胞吸收的單糖。

（一）糖進入口腔后發生的變化

糖進入口腔后，唾液腺分泌的唾液淀粉酶就會對其進行初步的消化，將多糖分解成為較小的糖。淀粉是能在口腔中進行酶消化的唯一營養物質，也只有很少一部分淀粉轉化成了麥芽糖。在食管的短暫時間里，淀粉酶仍然對淀粉進行消化。一旦進入胃中，胃酸會使唾液淀粉酶變性失活，所以在胃里，淀粉酶消化任務便停止了。然后經胃的蠕動使食物分成了若干小團，同時增大了其在小腸中的吸收面積。

小腸是糖主要的吸收場所，十二指腸含有許多消化酶，胰腺分泌的胰淀粉酶可以繼續對淀粉進行消化分解，黏膜細胞和小腸絨毛也會分泌消化酶（如麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖分解酶等）將低聚糖消化成單糖。經過消化后得到的單糖被人體吸收進入循環系統。

一些人體內的乳糖分解酶類分泌不足，可能會導致乳糖不能被消化和吸收，則直接進入大腸內，細菌將如乳糖分解后產生大量氣體使人感覺腹脹等不適癥狀。纖維素等不能被人體消化的多糖也直接進入大腸，細菌可以對其進行分解，但是大腸內糖類不會進行任何的吸收。糖吸收的主要部分就是空腸。

（二）腸道對單糖的吸收

人體主要通過4種途徑吸收營養素：被動擴散、協助擴散、主動運輸和內吞。

1．被動擴散

物質通過細胞膜時，無需載體，不消耗能量，物質從高濃度一側向低濃度一側透過，而且濃度越高擴散越快。由于細胞膜由脂質組成，所以脂肪和脂溶性分子可以通過被動擴散的形式進入細胞中，而水則需要通過特定的蛋白通道進入細胞內。水溶性分子如單糖等則需要特定的載體蛋白。

2．協助擴散

與被動擴散相似，但擴散時需要特定的載體蛋白協助。果糖通過協助擴散可以進入細胞內，擴散速度與果糖的濃度成正比，所以果糖的吸收效率較低，不到葡萄糖和半乳糖（兩者通過主動運輸）吸收率的50%。

3．主動運輸

需要能量和載體蛋白進行的運輸形式，其優點在于不用考慮細胞內外濃度的差異，所以主動運輸的吸收效率要高于協助擴散。葡萄糖和半乳糖就是通過這種形式進行吸收，載體蛋白為葡萄糖載體（glucose transporters, GLUT）, GLUT可以攜帶葡萄糖和半乳糖通過細胞膜。但是GLUT必須同時結合葡萄糖（半乳糖）和Na+才能進入細胞內。

4．內吞

是指通過細胞質膜內陷形成囊泡，將外界物質裹進并輸入細胞的過程，是細胞質膜運送物質的一種方式。盡管內吞是吸收的形式之一，但其并不是糖吸收的形式。

（三）糖類進入細胞后發生的變化

糖進入血液后，通過肝門靜脈系統將其運輸到肝臟，運輸過程中不需要任何特殊的載體蛋白，因為糖類是溶于水的。葡萄糖被轉運進入骨骼肌等組織細胞后，提供能量和儲存能量。葡萄糖通過細胞膜時借助特殊的膜轉運蛋白被稱為葡萄糖載體（GLUT），幾乎機體所有的細胞都有葡萄糖載體。在機體的不同組織內有不同的葡萄糖載體。在骨骼肌內，這些載體被稱為GLUT1和GLUT4。安靜狀態下或血液中胰島素水平較低時，葡萄糖通過GLUT1進入骨骼肌細胞。當血液中葡萄糖和胰島素水平升高后或骨骼肌運動時，GLUT4被激活，此時，葡萄糖主要通過GLUT4進入骨骼肌細胞。

葡萄糖進入細胞內有3種代謝去路。作為能量代謝的底物；以糖原的形式儲存在骨骼肌內，轉化為脂肪儲存在脂肪組織內。（圖1-2）

二、脂肪在機體內的消化、吸收、轉運和同化作用

脂肪又稱甘油三酯，主要由碳、氫和氧組成，與糖類的元素構成相似，但其化學結構和物理性質卻不相同。脂肪是酸和醇構成的酯類物質，不溶于水，能溶于有機溶劑。食用性脂質包括黃油、人造黃油、沙拉醬和油等。肉類、奶制品、堅果、種子、橄欖等，大部分脂質以甘油三酯的形式存在。

脂肪酸以一個碳原子為基本單位連接成的羧酸類網狀結構，脂肪酸可以分為短鏈脂肪酸（4個碳原子及以下）、中鏈脂肪酸（6～10個碳原子）和長鏈脂肪酸（12個碳原子及以上）。在甘油三酯消化時，水解1個脂肪酸變為甘油二酯，水解2個脂肪酸變為單甘油一脂，從甘油骨架上脫了的脂肪酸被稱為游離脂肪酸。

由于脂肪不溶于水，所以脂肪的消化、吸收和轉運比其他宏量營養素（糖類、脂類、蛋白質）要復雜的多。例如，與消化相關的消化酶都是水溶性的，對脂肪的消化就不那么容易了。但是，消化系統分泌的膽汁能夠使脂肪乳化成許多微滴，懸浮在胃腸道內，增加了脂肪的暴露面積，以便于消化酶更好的發揮活性。另外生成的甘油一酯、脂肪酸也進一步促進脂肪的乳化。如果沒有乳化劑，脂肪就會聚集在一起，消化酶就很難發揮活性。

（一）脂肪進入胃后發生的變化

脂肪經過咀嚼粉碎后進入胃，胃的內皮細胞分泌胃脂肪酶開始消化脂肪。甘油三酯在唾液的乳化作用下由胃脂肪酶水解為甘油二酯。胃的攪動和胃壁的收縮作用將協助粉碎較大的食物碎片，并協助乳化劑使脂肪處于分散和懸浮狀態。脂肪進入胃內的2～4h期間，大約1/3的被水解為甘油二酯和游離脂肪酸。

胰脂肪酶能將脂肪分解成甘油和脂肪酸。由此可見，胰液是消化液中最強的一種。膽汁是由肝臟分泌的一種金黃色或深綠色、味苦的堿性液體，對脂肪的消化和吸收具有重要作用。膽汁排入十二指腸中，成年人每天分泌膽汁約800ml～1000ml。膽汁中不含消化酶，有乳化脂肪作用，其成分除水外，還有膽色素、膽鹽、膽固醇、卵磷脂等。其中最重要的成分是膽鹽，它的主要作用，一是使脂肪乳化變成極細小的脂肪微粒。這樣，一方面加大了胰脂肪酶和脂肪接觸面，有利于脂肪酶對脂肪的分解，另一方面被乳化的脂肪微粒有一部分可以直接被腸黏膜吸收。二是增加胰脂肪酶的活性，從而加速對脂肪的分解。

脂肪進入小腸后，首先進入十二指腸，是消化的主要場所。肝臟分泌的膽汁，平時貯存在膽囊中，當食物進入小腸后，引起膽囊收縮，儲存于膽囊通過導管進入十二指腸，膽汁可以乳化脂肪，進而使一些水溶性消化酶發揮作用。由十二指腸分泌的促胰液素刺激胰腺分泌碳酸氫鹽，后者可以中和腸內物質的酸性。胰液中的胰脂肪酶能將脂肪分解成甘油和脂肪酸，且分泌量很多，足可以完成脂肪的消化過程，將所有剩下的甘油三酯水解為甘油、單甘脂和長鏈脂肪酸。水溶性的短鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸通過被動擴散被小腸內皮吸收。不溶于水的單甘脂和長鏈脂肪酸被膽鹽包裹形成微粒。微粒將長鏈脂肪酸和單甘脂轉運到小腸內皮細胞內，通過被動擴散的形式進入腸細胞內部?？傊镜南赵谛∧c完成，只有少部分脂肪在大腸和排泄物中。一些疾病可導致脂肪吸收不良，導致脂肪瀉或大便脂肪。

（二）脂肪吸收后的變化

脂肪被吸收后，可溶性的甘油、短鏈脂肪酸以及中鏈脂肪酸穿過腸細胞，擴散至毛細血管，并進入血液。被吸收的單甘脂和長鏈脂肪酸在腸細胞內重新水合成甘油三酯，重新合成的甘油三酯與載脂蛋白結合形成乳糜微粒，通過淋巴系統將甘油三酯轉運至頸靜脈，從而轉運至血液，并分布于全身各處。

游離脂肪酸立即擴散至脂肪細胞或肝細胞，然后與細胞內的甘油重新水合為甘油三酯。重新形成的甘油三酯儲存于細胞內。當骨骼肌運動能量需求增加時，血液中的游離脂肪酸和甘油三酯通過毛細血管進入骨骼肌參與供能。

三、蛋白質在機體內的消化、吸收、轉運和同化作用

蛋白質的主要作用是參與構成機體的結構和代謝調節酶、激素等，但也可以參與能量代謝。人體內的蛋白質由20種不同的氨基酸組成，為了滿足機體對蛋白質的需求，食物中必須包含豐富的氨基酸。

（一）蛋白質在口腔內發生的變化

蛋白質的消化過程也是從咀嚼開始，但是由于唾液中沒有蛋白質消化酶，所以蛋白質的消化過程發生在胃和小腸內。食物蛋白進入胃后，胃對食物的攪拌作用，以及胃壁分泌的鹽酸共同作用，使得蛋白質與鹽酸充分混合并變性，同時胃蛋白酶能夠將較長的氨基酸鏈水解為較短的氨基酸鏈。蛋白質消化過程的10%～20%由胃內的胃蛋白酶完成。此時，蛋白質大多水解為小分子的肽類，而不是單個的氨基酸。蛋白質消化的大部分過程發生在十二指腸，在十二指腸內蛋白消化酶——蛋白酶將蛋白質短鏈水解為更小的單元。胰腺和十二指腸都可以分泌蛋白酶，十二指腸的內皮細胞還可以分泌肽酶，后者將蛋白質短鏈水解為長度為三肽或更小的氨基酸鏈。單個氨基酸或長度為2個以及3個氨基酸的氨基酸短鏈通過被動擴散或主動運輸被吸收。大部分的吸收發生在十二指腸和空腸。

（二）蛋白質的消化與吸收

蛋白質消化的最后步驟發生在小腸細胞內。氨基酸短鏈進入小腸細胞后，一些肽酶將其水解成單個的氨基酸。這些被吸收的氨基酸一部分被小腸細胞利用，而大部分的氨基酸通過被動擴散被轉運至靜脈，然后到達肝臟。最后，氨基酸被肝臟利用或者進入血液循環。

蛋白質的消化吸收主要發生在胃和小腸，沒有消化及吸收的蛋白質最后通過大腸排便的方式排出體外。某些疾病會導致蛋白質消化吸收出現問題，因此，在給運動員制訂飲食計劃時也應該考慮此類問題。例如，對患有消化系統疾病的運動員不能消化小麥、黑麥、燕麥等谷物類蛋白，而這些谷物所含的碳水化合物是運動員的能量的主要來源。因此，運動營養專家要尋找一些能量豐富且不含這些植物蛋白的食物。

（三）被吸收的蛋白質穿過小腸的過程

氨基酸的吸收方式有被動擴散和主動運輸。大部分氨基酸需要通過主動運輸進入小腸細胞。氨基酸的主動運輸與葡萄糖的主動運輸類似，只是兩者的轉運蛋白不同。相似的氨基酸可以通過同樣的轉運蛋白。例如，支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）在吸收過程都依靠相同的轉運蛋白。但持續補充大量單一氨基酸會影響與其共享相同轉運蛋白的氨基酸的吸收。例如，運動員為了增加骨骼肌質量會持續補充大量的特殊氨基酸或氨基酸混合物，這樣會導致氨基酸對轉運蛋白的競爭，結果可能使某一氨基酸過度吸收而另外一些氨基酸吸收不足。

（四）氨基酸進入血液后發生的變化

進入血液的氨基酸隨之變成機體氨基酸庫的一部分，氨基酸庫不僅包括血液中的氨基酸，還包括組織中的氨基酸（如骨骼肌和肝臟中的氨基酸）。血液中的氨基酸是機體氨基酸庫的主體部分，血液中氨基酸的濃度與其他組織內的氨基酸濃度相當。但也有個別氨基酸在血液中的濃度與在骨骼肌或肝臟中存在差異。如果某一部分氨基酸濃度下降，其他部分的氨基酸就會被動員來彌補這種不平衡。不同部位共享氨基酸的現象可以確保某一組織在缺乏氨基酸時，有足夠的氨基酸補充。

氨基酸庫的氨基酸可以根據需要發揮不同的作用。氨基酸可以被用來合成新的結構蛋白、酶、激素和其他含氮化合物。當糖類供能下降，且機體需能增加時，氨基酸還可以用來供能。另外，當氨基酸濃度過高時，還可以被轉化為脂肪儲存起來。

不同部位共用氨基酸代謝庫是動態的、持續的過程。機體內蛋白質的轉運更新需要的氨基酸來自代謝庫。代謝庫需要補充氨基酸，氨基酸庫內的氨基酸從食物中獲得。如果不能及時補充蛋白質，骨骼肌以及其他組織中的蛋白質將會被降解以提供必需氨基酸，進而會影響運動員的運動能力和運動成績。

（五）氨基酸進入體內細胞后發生的變化

血液中的氨基酸通過被動擴散進入細胞后，氨基酸就成為特定蛋白質的基本單位。某個特定蛋白質在細胞內合成由當前需要所決定，與外界因子（如：激素）的影響有關。例如，激素睪酮引起肌肉細胞不斷合成收縮蛋白，從而使肌肉更強壯。

細胞合成特定蛋白質的指令位于細胞核的DNA鏈上（脫氧核糖核酸）。合成特定蛋白質所需的DNA片段稱為基因。當細胞需要特定蛋白質時，含有這個蛋白質指令的特定基因在轉錄過程中被復制。轉錄后生成信使核糖核酸（mRNA）, mRNA是合成蛋白質的指令基因組。離開細胞核后，mRNA給核糖體提供指令，核糖體是位于細胞質中的細胞器。它能合成蛋白質。在翻譯過程中，核糖體讀取mRNA片段并開始接觸氨基酸組成指令所需的隊列。核糖體所需的氨基酸是由轉運核糖核酸（tRNA）提供給蛋白質合成場所的。tRNA給核糖體提供所需氨基酸的過程一直持續到蛋白質合成完成。

當氨基酸時，蛋白質合成過程就會停止。如果所需氨基酸是非必需氨基酸，細胞會合成這種氨基酸，繼續蛋白質合成過程。然而，如果所需氨基酸是必需氨基酸，蛋白質合成過程不能繼續，所需蛋白質就不能合成。這就是運動員膳食中應含有高質量蛋白或完全蛋白質的原因。當缺少必需氨基酸時，蛋白質合成過程就會停止。如果蛋白質合成停止的話，部分合成好的蛋白質也會降解，其氨基酸會在其他地方被利用或代謝供能。

四、礦物質、維生素和水在體內的吸收和轉運

礦物質、維生素和水（不像糖類、蛋白質、脂質）不需要通過消化被分解成更小的單元吸收進人體。食物被消化后，食物中的維生素和礦物質被釋放入腸。在消化過程中釋放大部分的礦物質除了鈉、鉀、氯在大腸中吸收，其他的在小腸的十二指腸和空腸中吸收。

維生素可分為水溶性和脂溶性2大類。水溶性維生素（如B族維生素，維生素C）在胃腸道的水中溶解并隨著水一起被吸收。大部分的水和水溶性維生素在小腸中被吸收。水溶性維生素更容易進入血液，在細胞內液和細胞外液中自由穿行。

脂溶性維生素（如維生素A、維生素D、維生素E和維生素K），從消化的食物中釋放出來后，在胃腸道的脂肪中溶解。它們與微粒中的脂肪一起通過被動擴散在腸壁被吸收。與水溶性維生素相似，大部分的脂溶性維生素在小腸被吸收。少部分的維生素K由大腸中的細菌產生然后被大腸吸收。一旦進入小腸細胞，脂溶性維生素被乳糜微粒包裹，然后與其他脂肪一起通過淋巴進入血液并被供給全身。有些被轉運到細胞內并被細胞利用；其他的與脂肪一起儲存在脂肪細胞中。不推薦攝入高劑量脂溶性維生素的原因之一就是脂溶性維生素會儲存在體內。