H05 第五章物质与能量代谢

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 物质与能量代谢,第一节 物质代谢,第二节 能量代谢,第三节 体 温,概 述,物质代谢：,人体与其周围环境之间不断进行的物质交换过程。,能量代谢：,机体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用。,第一节 物质代谢,一、人体主要营养物质的消化与吸收,(一)主要营养物质的生理功用,1.三大能源物质的生理功用,2.水及无机盐的生理功用,3.维生素的生理功用,(二)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,。,吸收：,经过消化的食物，透过消化道粘膜，进入血液和淋巴循环的过程。,1.消化,消化的方式：,机械性消化或物理性消化：,通过消化道肌肉的舒缩活动，将食物磨碎，并使之与消化液充分混合，并将食物不断地向消化道远端推送。,化学性消化：,通过消化腺分泌的消化液来完成，消化液中所含的各种消化酶能分别将糖类、脂肪及蛋白质等物质分解成小分子颗粒。,(1)消化道平滑肌的一般特性,消化道平滑肌特性：,兴奋性、自律性、传导性和收缩性。,特点包括：,消化道平滑肌的兴奋性比骨骼肌低；,消化道平滑肌在体外适宜环境内，仍能保持良好的节律性运动；,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，并使消化道管腔保持一定的基础压力，产生平滑肌的收缩活动；,消化道平滑肌具有较大的伸展性，从而使消化道能够容纳几倍于自己原初体积的食物；,消化道平滑肌对电刺激不敏感，而对牵张、温度和化学刺激特别敏感。,(2)消化液的作用,消化液的主要功能为：,稀释食物，使之与血浆的渗透压相等，以利于吸收；,改变消化道内的,pH，,使之适应于消化酶活性的需要；,水解复杂的食物成分，使之便于吸收；,通过分泌粘液、抗体和大量液体，保护消化道粘膜。例如，胃的粘液具有较高的粘滞性和形成凝胶的特性。,(3)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,口腔内消化：,唾液的性质和成分,pH:,6.67.1(,无色无味近于中性的液体)。,成分,：,水(占99%)，有机物(唾液淀粉酶、粘蛋白、球蛋白,、,溶菌酶等)，无机物(,Na,+,、,k,+,、,HCO,3,-,、,Cl,-,等)。,唾液的作用：,1.消化作用,：,唾液可湿润食物利于咀嚼和吞咽,；,溶于水的食物,味觉,；,唾液淀粉酶将淀粉分解为麦芽糖。,2.清洁作用,：,大量唾液能中和、清洗和清除有害物质；溶菌酶还有杀菌作用。,3.排泄作用,：,铅,、,汞,、,碘等异物及狂犬病,、,脊髓灰质炎的病毒可随唾液排出。,4.免疫作用,：,唾液中的免疫球蛋白可直接对抗细菌，若缺乏时易患龋齿。,胃内消化,胃液的性质、成分和作用,性 质：,无色,，,pH 0.91.5，,是体内,pH,最低的液体。,分泌量：,1.52.5,L/,日。,成 分：,盐酸、胃蛋白酶原、粘液、内因子,和,HCO,3,-,等无机物。,胃蛋白酶,蛋白质 蛋白际、蛋白胨、多肽,胃排空：,食物由胃进入十二指肠的过程,食物的排空速度与食物的物理性状及化学组成有关。通常稀薄、流体食物比粘稠、固体食物排空快，颗粒小的食物比大块食物排空快。三种主要营养中，糖类排空速度最快，蛋白质次之，脂肪类最慢。混合食物完全排空通常需要4-6小时。,小肠内消化,1.胰液,胰液为无色透明的碱性液体，,pH7.88.4，,渗透压血浆。,胰液呈间歇性分泌,分泌量约为12,L/,每日。,胰液是消化液中最重要的一种消化液。,(1)水和碳酸氢盐,(,2)碳水化合物水解酶：,胰淀粉酶,(3)脂类水解酶：,胰脂肪酶,(4)蛋白质水解酶：,主要有,胰蛋白酶和糜蛋白酶,2.胆汁,(1)胆盐:,促脂肪消化:乳化脂肪、增加酶作用面积,促脂肪吸收:与脂肪形成水溶性复合物,促脂溶性,Vit,吸收:,促胆汁的自身分泌:肠-肝循环,(2)胆固醇:正常时，胆固醇与胆盐的浓度呈一定的比例，,若胆固醇胆石症。,(3)胆色素:,3.小肠液,弱碱性液体，,pH7.6。,渗透压与血浆相等。,分泌量大(13,L/,日),特点,酶种类多,持续分泌,小肠液的成分和作用,:,(1)中和胃酸,保护十二指肠粘膜免遭胃酸侵蚀。,(2)稀释肠腔内容物，利于吸收。,(3)肠激酶能激活胰蛋白酶原变为有活性的胰蛋白酶。,(4)肠淀粉酶能水解淀粉成为麦芽糖。,(5)多种消化酶进一步消化水解食糜。,2.吸收,(1)吸收的部位,食物,在口腔及食道内不被吸收。,胃,所吸收的食物也很少，只吸收酒精和少量水分。,小肠,是吸收的主要部位，一般认为，糖类、脂肪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维生素,B12。,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,Na,+,及,Cl,-,。,(2)小肠吸收的特点,小肠吸收的有利条件,：,面积保证：长56米皱褶绒毛微绒毛200,m,2,；,设备保证：酶多转运工具运输途径；,时间保证：停留时间长，约38,h；,动力保证：绒毛伸缩具有唧筒样作用。,(3)小肠内主要营养物质的吸收,(三)肌肉运动对消化和吸收机能的影响,肌肉运动可以产生骨骼肌血管扩张、血流量增加，内脏血管收缩、血流量减少的效应，导致胃肠道血流量明显减少(约较安静时减少2/3左右)，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弱，使消化能力受到抑制。,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。,饱餐后，胃肠道需要血液量较多，此时立即运动，将会影响消化，甚至可能因食物滞留造成胃膨胀，出现腹痛、恶心及呕吐等运动性胃肠道综合征。剧烈运动结束后，亦应经过适当休息，待胃肠道供血量基本恢复后再进餐，以免影响消化吸收机能。,二、主要营养物质在体内的代谢,(一)糖代谢,1人体的糖贮备及其供能形式,人体内糖类主要是糖原及葡萄糖,，,通过食物获得。,单糖被吸收进入血液后，一部分合成,肝糖原,；一部分随血液运输到肌肉合成,肌糖原,贮存起来；一部分被组织直接氧化利用；另一部分维持血液中葡萄糖的浓度。,因而，,人体的糖以血糖、肝糖原和肌糖原的形式存在，并以血糖为中心，使之处于一种动态平衡。,葡萄糖是人体内糖类的运输形式，而糖原是糖类的贮存形式。,(1)糖原,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少，而肝脏和肌肉中以糖原方式贮存的糖类约有350-400克，运动员糖原储量可达400-550克。,肌糖原既是,高强度无氧运动时机体的重要能源，又是大强度有氧运动时的主要能源。,许多研究表明，糖原贮量(特别是肌糖原)的增多，有助于耐力性运动成绩的提高。,(2)血糖,血液中的葡萄糖又称血糖，正常人空腹浓度为,80-120,mg%。,血糖是包括大脑在内的中枢神经系统的主要能源。,运动员安静状态下的血糖浓度与常人无异。,血糖浓度是人体糖的分解及合成代谢保持动态平衡的标志。,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补充血糖，维持血糖的动态平衡。,2.糖在体内的分解代谢,(1),糖,酵,解,糖酵解与乳酸生成,乳酸的清除（引自：,A.W.S.Watson,1995）,(2)有氧氧化,糖的有氧氧化途径,3.运动与补糖,(1)补糖时间与补糖量,目前一般认为，,运动前3-4小时补糖可以增加运动开始时肌糖原的贮量。运动前5分钟内或运动开始时补糖效果较理想。,一方面，糖从胃排空小肠吸收血液转运刺激胰岛素分泌释放，需要一定的时间；另一方面，可引起某些激素如肾上腺素的迅速释放，从而抑制胰岛素的释放，使血糖水平升高；同时还可以减少运动时肌糖原的消耗。,应当注意的是，,在比赛前一小时左右不要补糖，以免因胰岛素效应反而使血糖降低。,进行一次性长时间耐力运动时，以补充高糖类食物作为促力手段，需在运动前3天或更早些时间临时食用。在长时间运动中，如马拉松比赛，可以通过设立途中饮料站适量补糖。,运动后补糖将有利于糖原的恢复。,耐力运动员在激烈比赛或大负荷量训练期，膳食中糖类总量应与其每日能量消耗的70%，有利于糖原的恢复。,运动前或赛前补糖,可采用稍高浓度的溶液(35%-40%)，服用量40-50克糖。,运动中或赛中补糖,应采用浓度较低的糖溶液(5%-10%)，有规律地间歇补充，每20分钟给15-20克糖。,(2)补糖种类,低聚糖,是一种人工合成糖(目前多使用由2-10个葡萄糖单位聚合成的低聚糖)，渗透压低，分子量大于葡萄糖。研究表明，浓度为25%的低聚糖的渗透压相当于5%葡萄糖的渗透压，故,可提供低渗透压高热量的液体，效果较理想。,对糖原恢复的研究发现，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。因此，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,。,(二)脂肪代谢,1.人体的脂肪贮备,人体脂肪的贮存量很大，约占体重的10%-20%。一般认为，最适宜的体脂含量为：,男性为体重的6%-14%，女性为10%-14%。,2.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。,在氧供应充足时进行运动，脂肪可破大量消耗利用。,3.脂肪代谢与运动减肥,运动减肥通过增加人体肌肉的能量消耗，促进脂肪的分解氧化，降低运动后脂肪酸进入脂肪组织的速度，抑制脂肪的合成而达到减肥的目的。,减肥的方式：,一是参加运动,，,二是控制食物摄入量。,选择较适宜的运动方式,，提倡采用动力型、大肌肉群参与的有氧运动，如步行、跑步、游泳、骑自行车、“迪斯科”舞蹈等运动，均可以有效地降低体脂水平。,水中运动减肥为近年来提倡的减肥方式。,水中运动已发展到在水中行走、跑步、跳跃、踢水、水中球类游戏等多种运动。,4.减肥运动量的设定,适宜：,每周减轻体重0.45公斤(1磅),上限：,每周减轻体重0.9公斤(2磅) 。,具体措施为：,运动频度：,每周运动3-5次,运动时间：,每次持续30-60分钟,运动强度：,刺激体脂消耗的“阈值”，即,50%-85,%,VO,2,max,或60%-70%最大心,率。,(三)蛋白质代谢,1蛋白质在体内的代谢,2.关于蛋白质的补充问题,成人最低生理需要量,约为30-45克/天或0.8克/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2.5-3克/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1.2-2克/公斤体重，优秀举重运动员蛋白质补充量每日1.3-1.6克/公斤体重，耐力性运动中，即使糖类足以供应机体运动中所需能量，膳食中蛋白质的补充量也应达到1.5-1.8克/公斤体重,。,(四)水代谢,1.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%(血浆占5%，组织间液占15%)。,存在形式：,一是游离水，二是结合水人体绝大部分水均以结合水的形式存在。,2.人体的水平衡,3.运动员脱水及其复水,脱水,是指体液丢失达体重1%以上。,被动脱水：,运动员在运动训练过程中，由于气温、运动强度及运动持续时间等因素的影响，可能产生程度不同的水分丢失。,主动脱水：,为了达到降低体重的目的，赛前采用人工手段，如使用利尿剂等，人为地造成机体脱水。,复水：,为改善和缓解脱水状况所采用的补水方法。,运动员的复水，应以补足丢失的水分、保持机体水平衡为原则。已经证明，赛前和赛中复水有明显的益处,。,(五)无机盐代谢,1.人体无机盐的种类,2.微量元素的抗衰老作用,3.运动中无机盐代谢的特点,4.关于运动员补盐问题,多数研究指出，即使是长跑运动员在热环境下每日跑27.35公里，由于大量出汗而丢失一定量,的,Na,+,、K,+,、Ca,+,、Fe,+,、Mg,+,、Zn,+,和其他微量元素，但只要摄入平衡膳食，并补充丢失的水分，仍能保持无机盐的平衡。而且，由于汗液中无机盐的浓度低于体液中的浓度，运动中没有必要补充无机盐。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。,第二节 能量代谢,一、基础代谢,(一)基础代谢的概念,基础代谢：,指基础状态下的能量代谢。所谓基础状态是指人体处在清醒、安静、空腹、室温在20-25,C,条件下。,基础代谢率：,指单位时间内的基础代谢。,机体的能量代谢也遵循,“,能量守恒定律,”,：,即在安静不作外功时，机体物质代谢过程中所释放的能量全部转化为热能。,因此，测定机体在单位时间内发散的总热量或所消耗的食物量，可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量，即能量代谢率。,(二)能量代谢的测定原理,能量代谢的测定方法,直接测热法,：,直接测量从机体体表,、,呼出气、尿液和粪便排出的总热量。如果不做外功，该热量就是机体代谢的全部热量。这种方法测定准确，但设备复杂，操作繁琐，现已极少应用。,间接测热法,：,间接测热法原理,：,是利用,“,定比定律,”（,即反应物的量与生成物的量呈一定的比例关系），测算出一定时间内氧化的糖、脂肪和蛋白质各有多少，再计算出它们所释放出的热量。,为此，必须先了解与其相关的几个概念：,食物的热价、氧热价和呼吸商,。,(三)与能量代谢有关的几个概念,1.食物热价及氧热价,食物热价：,1克食物完全氧化分解所释放出的热量。,食物的热价分为物理热价和生物热价。,糖：17.17,KJ,脂肪：38.94,KJ,蛋白质的生物热价为17.99,KJ，,而物理热价为23.43,KJ。,氧热价：,各种能源物质在体内氧化分解时，每消耗1升氧所产生的热量称为该物质的氧热价。,糖：,2,lKJ,脂肪：19,.7,KJ,蛋白质：18,.8,KJ。,2.呼吸,商,呼吸商：,各种物质在体内氧化时所产生的二氧化碳与所消耗的氧的容积之比，,RQ,CO,2,产生,量/耗,O,2,量,。,葡萄糖,：,l,脂肪：约为,0.71,蛋白质：约为,0.80,一般情况下，人类摄取的食物为混合食物，其呼吸商约为0.85左右,。,(三)影响能量代谢的因素,1.肌肉活动,2.情绪影响,3.食物的特殊动力作用,4.环境温度,二、人体运动时的能量供应与消耗,(一)骨骼肌收缩的直接能源,ATP,由腺嘌呤核苷酸再加上两个磷酸衍生而来，后面的两个磷酸之间的键称为高能磷酸键，可以贮存或释放能量。,能量的释放、转移、利用过程,图上侧表示：生物大分子（如：葡萄糖）在酶的催化下经过多步骤反应分解成（丙酮酸等）小分子，同时释放出能量。,图中间部分表示：分解反应所释放出的能量，使无机磷酸结合到,ADP,分子上去，形成高能磷酸键，生成了,ATP。ATP,所携带的能量，也可释放出来推动图下侧所示的反应，同时产生,ADP,和无机磷酸。,能量的利用,1.,ATP,的贮备及输出功率,安静肌肉,ATP,含量约为,6,mmol,/kg,湿肌。,最大输出功率：,达,11.2,mmolATP,/kg/s，,启动极为迅速。但由于,ATP,贮量有限，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。,2.,ATP,的分解供能及补充,ATP ADP+Pi+E,每克分子,ATP,可释放29.26-50.16,KJ(7-12Kcal),的能量。,ATP,一旦被分解，便迅速补充。这一直接补充过程由肌肉中的另一高能磷酸化合物,CP(,磷酸肌酸)完成。,CP,释出能量用以,将,ADP,再合成,为,ATP。,CP+ADPC+ATP,肌肉,中,CP,的再合成则要靠三大能源物质的分解。,(二)三个能源系统的特征,1.磷酸原系统,ATP ADP+Pi+E,CP+ADP,C+ATP,特点：,无氧代谢；供能速度极快；,能源,：,CP；,ATP,生成很少；,肌中贮量少，最大强度运动持续供能时间6-8秒；,用于短跑或任何高功率、短时间活动,2.酵解能系统,肌糖元,+,ADP+ Pi ,乳酸+,ATP,特点：,无氧代谢；供能速度快；,能源：肌糖元；,ATP,生成有限；,终产物乳酸可导致肌肉疲劳；,用于2-3的最大强度运动,3.氧化能系统,糖,脂肪 +,ADP+Pi+O,2,CO,2,+H,2,O +ATP,蛋白质,特点：,有氧代谢；供能速度慢；,能源：糖、脂肪、蛋白质；,没有导致疲劳的副产品；,用于耐力或长时间的活动,(三)能源系统与运动能力,1.不同运动项目的能量供应,不同运动项目运动中能量供应的比例如表5-10所示。由表中可以看出，尽管不同运动项目的能量供应具有各自的特征，但运动中不存在绝对的某一个单一能源系统的供能。,运动时间与最大输出功率及能源系统,2.运动中能源物质的动员,运动开始时,机体,首先分解肌糖原,，持续运动5-10分钟后，血糖开始参与供能。,脂肪在,安静时,即为主要供能物质，在运动达30分钟左右时，其输出功率达最大。,蛋白质,在运动中作为能源供能时，通常发生在持续30分钟以上的耐力项目。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。,3.健身运动的能量供应,健身运动的形式多种多样，运动强度均比较低，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。,运动强度50,%,VO2max,时，糖的分解供能显著加强。,健身运动的强度：,50%-70,%,VO2max,范围内，而且较理想的运动时间应在30分钟-1小时，由于运动时可大量分解利用脂肪作为能源，因此，这也是为何健身运动在增强体质的同时亦能产生减肥效果的原因所在,。,第三节 体温,一、正常人体温度,体温：,指机体深部的平均温度，即体核温度。,意义：,体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动正常进行的必需条件。,体温过高、过低都会影响酶的活性，导致生理功能的障碍，甚至造成死亡。如：,T 22,心跳停止；,T 43,酶变性而死亡;,T = 27,低温麻醉。,(一)体温的测定,测定的常用部位：,口腔、直肠和腋窝。,直肠温度：,正常值为36.9-37.9,C,口腔温度：,约比直肠低0.3,C,腋窝温度：,约比口腔温度低约0.4,C。,习惯上，常采用方便的测定部位即口腔及腋窝。,(二)影响体温的因素,1.昼夜节律,一般是清晨26,h,时最低，下午28,h,最高，波动幅度一般不超过1。,2.性别差异,3.年龄差异 4.肌肉活动 5.其他,成年女子体温平均比男子高0.3。,女子体温随月经周期而产生周期性变动。排卵日最低（约1）。,二、体温调节,(一)产热过程,1.产热量,人体安静状态下的产热量一般高于基础代谢25%，而运动时的产热量最多可比安静时增加,l0-20,倍。,2.产热部位,安静状态时,，主要是内脏,运动状态时,，主要是骨骼肌,(二)散热过程,1.散热途径,四个途径:,(1),皮肤散发大多数热量；,(2)经呼吸道蒸发散发小部分热量；,(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。,皮肤散热是人体最主要的散热途径。,2.皮肤散热方式,(1)辐射散热,(2)传导散热,(3)对流散热,(4)蒸发散热,不感蒸发：,又称不显汗。指体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显水滴前蒸发掉的散热形式。 不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量约1000,ml/,日（皮肤约占2/3,肺占1/3）。,发汗：又称可感蒸发。,人在安静状态下，当环境温度达到30左右时，便开始发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达25便可发汗；机体活动时，由于产热量，虽然环境温度低于20亦可发汗。,(三)体温调节机理,1.体温调节机制,2.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；降低肌肉的粘滞性，加快收缩速度；加快肌肉血流速度和加大血流量；促进氧合血红蛋白的解离及二氧化碳的交换，有利于提高人体的运动能力。,人体肌肉活动的最适温度为,38,C。,运动强度越大，持续时间越长，体温升高幅度越大。,3.服习,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，称为对气候的服习。运动员在长期的运动训练中，其体温调节可以在较大范围内实现对冷及热环境的服习，这样才能保证在特殊气温环境下仍具有良好的运动能力。对冷的服习是通过神经系统的调节，使皮肤血管产生收缩，减少皮肤血流量及血流速度，并使肌肉收缩，产生寒战，从而减少散热，增加产热；对热的服习是通过增加皮肤血流量，皮肤血管扩张及血流速度加快，并促使汗腺大量发汗，增加机体的散热量。,思考题,1.进食混合性食物后，机体如何获取利用其中蕴含的各种能量?,2.试从物质和能量代谢的角度，分析马拉松运动员在运动中机体机能状态的变化及其可能机制。,3.为什么说各种项目运动中机体不存在绝对单一的某个能源系统的供能?,4.结合运动实例说明运动中机体的三个能源系统是如何供能的。,5.在长时间耐力运动中人体体温有何变化?如何调节?,6.游泳运动员在28,C,水温环境下训练时，机体的体温有何变化?,