生理學(xué)┃機(jī)體能量的來源與利用

1、生理學(xué)機(jī)體能量的來源與利用生理學(xué)· 能量代謝與體溫第一節(jié)能量代謝新陳代謝是生命的基本特征之一，包括合成代謝和分解代謝兩個方面。合成代謝是指機(jī)體利用從外界攝取的營養(yǎng)物質(zhì)及分解代謝的部分產(chǎn)物構(gòu)筑和更新自身的組成成分，并將能量儲存在生物分子的結(jié)構(gòu)中。分解代謝是指機(jī)體分解自身的結(jié)構(gòu)成分及體內(nèi)儲存的能源物質(zhì)，并釋放能量供機(jī)體進(jìn)行各種功能活動和維持體溫。 可見，機(jī)體的新成代謝既有物質(zhì)代謝，又有能量的轉(zhuǎn)化。生理學(xué)中通常將生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中伴隨發(fā)生的能量的釋放、轉(zhuǎn)移、儲存和利用稱為能量代謝（energy metabolism）。“ 一、機(jī)體能量的來源與利用（一）能量的來源1、機(jī)體可利用的能量形式

2、：機(jī)體利用的呢過量來源于食物中糖、脂肪和蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏的化學(xué)能。當(dāng)這些營養(yǎng)物質(zhì)被氧化分解時，碳?xì)滏I斷裂，釋放出化學(xué)能；然而，機(jī)體的組織細(xì)胞在進(jìn)行各種功能活動時并不能直接利用這些形式的能量，實(shí)際上組織細(xì)胞所需要的能量是由腺苷三磷酸 （ adenosine triphosphate，ATP）直接提供的。 ATP 是糖、脂肪和蛋白質(zhì)在生物氧化過程中合成的一種高能化合物（見網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù)） 。當(dāng)機(jī)體需要消耗能量時， ATP 被水解為腺苷二磷酸 （adenosine diphosphate，ADP ）及磷酸，同時釋放出能量（在生理?xiàng)l件下可釋放51.6kJ/mol ATP ）供機(jī)體利用?？梢?，在體內(nèi)A

3、TP 既是直接的供能物質(zhì)，又是能量儲存的重要形式。 人體在生命活動過程中所消耗的ATP 則由營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解釋放的能量將ADP 氧化磷酸化重新生成ATP而得到補(bǔ)充。在體內(nèi)除ATP以外，還有其他的高能化合物，如磷酸肌酸（creatine phosphate， CP）等。CP 主要存在于肌肉和腦組織中。當(dāng)物質(zhì)氧化分解釋放的能量過剩時， ATP 將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)給肌酸，在肌酸激酶催化下合成 CP。反之，當(dāng)組織消耗 ATP 增多，超過營養(yǎng)物質(zhì)氧化生成ATP的速度時，CP的高能磷酸鍵又可快速轉(zhuǎn)給ADP ，生成ATP，以補(bǔ)充ATP的消耗。因此，可以認(rèn)為CP 是體內(nèi)ATP的儲存庫，而從機(jī)體能量代謝的整個過程來

4、看，ATP的合成與分解是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2、三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝過程中的能量轉(zhuǎn)換（ 1）糖：糖（ carbohydrate）的主要生理功能是供給機(jī)體生命活動所需要的能量。一般情況下，人體所需能量的 50%70%由糖類物質(zhì)的氧化分解提供。食物中的糖類物質(zhì)經(jīng)過消化被分解為單糖，主要為葡萄糖，經(jīng)過小腸黏膜細(xì)胞特定的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體以繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)的方式吸收入體內(nèi)。糖在體內(nèi)的代謝途徑可因供氧情況的不同而有所不同。在氧供充足的情況下，葡萄糖進(jìn)行有氧氧化，生成 CO2 和水。 1mol 葡萄糖完全氧化釋放的能量可合成 38mol ATP 。在缺氧情況下，葡萄糖進(jìn)行無氧酵解， 生成乳酸。 1mol 葡

5、萄糖經(jīng)無氧酵解途徑只能合成2mol ATP。大多數(shù)組織細(xì)胞通常有足夠的氧供，因此，糖的分解供能以有氧氧化為主，糖酵解雖然只能釋放很少能量，但在人體處于缺氧狀態(tài)時極為重要，因?yàn)檫@是人體內(nèi)能源物質(zhì)唯一不需要O2 的供能途徑。當(dāng)人們進(jìn)行劇烈運(yùn)動時，骨骼肌的耗氧量劇增，但由于循環(huán)、呼吸功能活動的加強(qiáng)是個漸進(jìn)過程，它們攝O2 的速度暫時跟不上骨骼肌代謝所需的實(shí)際耗氧量，通常將這部分虧欠的O2 量稱為氧債（ oxygendebt）。在這種情況下， 機(jī)體只能動用儲備在磷酸肌酸等分子中的高能磷酸鍵和進(jìn)行葡萄糖無氧酵解來提供能量。在骨骼肌活動停止后的一段時間內(nèi)，循環(huán)、呼吸活動仍維持在較高水平，攝取較多的O2 以

6、償還氧債，補(bǔ)充能量的儲備。此外，人體內(nèi)某些細(xì)胞 （如成熟紅細(xì)胞） 由于缺乏有氧氧化的酶系，也主要依靠糖酵解來供能。然而，正常成年人腦組織則主要依賴葡萄糖的有氧氧化供能，當(dāng)發(fā)生低血糖或缺氧時，可引起腦功能活動的障礙，出現(xiàn)頭暈等癥狀，重者可發(fā)生抽搐甚至昏迷。 糖原（ glycogen ）是葡萄糖的多聚體，是糖在體內(nèi)的儲存形式，主要有肌糖原和肝糖原兩種形式。肌糖原是存在于骨骼肌中的儲備能源，需要時肌糖原分解產(chǎn)生的6-磷酸葡萄糖可經(jīng)有氧氧化及無氧糖酵解途徑供能，為骨骼肌活動提供所需能量。由于肌肉組織中不含葡萄糖-6-磷酸酶，所以肌糖原分解后不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，因此，不能改變血糖水平。肝糖原則在維持機(jī)

7、體血糖濃度的相對穩(wěn)定中起重要作用。當(dāng)空腹血糖濃度降低時，因?yàn)楦闻K中含有葡萄糖-6-磷酸酶，肝糖原可轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，使血糖濃度升高到正常水平。反之，?dāng)血糖濃度升高時，血糖則在肝臟中合成肝糖原儲存起來，使血糖濃度下降到正常水平。體內(nèi)肝糖原的儲存量較少，僅供機(jī)體在饑餓 24 48 小時內(nèi)的能量消耗。（2）脂肪：脂肪（ fat）在體內(nèi)的主要功能是儲存和供給能量，是機(jī)體能源物質(zhì)儲存的主要形式，一般情況下機(jī)體所消耗的能源有 30%50% 來自脂肪。食物中的脂肪經(jīng)膽汁乳化及脂肪酶的分解作用后在小腸吸收。體內(nèi)儲存的脂肪量較多，約占體重的 20%左右。當(dāng)機(jī)體需要時，儲存的脂肪首先在脂肪酶的催化下分解為甘油和脂肪酸

8、。甘油主要在肝臟被利用，經(jīng)過磷酸化和脫氫而進(jìn)入糖的氧化分解途徑功能，或轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。脂肪酸的氧化分解可在心、肝、骨骼肌等許多組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。脂肪酸與輔酶A 結(jié)合后，經(jīng)過 -氧化，逐步分解為乙酰輔酶A 而進(jìn)入糖的氧化途徑。在體內(nèi)每克脂肪氧化所釋放的能量約為糖的2 倍。通常成年人儲存的脂肪所提供的能量可供集體使用10 余天至 2 個月之久，在此期間，若能量供應(yīng)短缺，則機(jī)體主要由體內(nèi)儲存的脂肪氧化分解供能。（ 3）蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)（protein ）的基本組成單位是氨基酸。不論是由腸道吸收的氨基酸，還是由機(jī)體自身蛋白質(zhì)分解所產(chǎn)生的的氨基酸，都主要用于重新合成細(xì)胞的構(gòu)成成分，以實(shí)現(xiàn)組織的自我更新，或用于合成

9、酶、激素等生物活性物質(zhì)。為機(jī)體提供能量則是氨基酸的次要功能。只有在某些特殊情況下，如長期不能進(jìn)食或體力極度消耗時，機(jī)體才依靠由蛋白質(zhì)分解供能，以維持基本的生理功能。氨基酸主要在肝臟代謝，生成的 -酮酸可經(jīng)過三羧酸循環(huán)代謝、釋放能量；也可轉(zhuǎn)變成糖、脂類或再合成某些非必需氨基酸。氨基可重新被利用合成氨基酸、核酸，也可以尿素、尿酸等形式主要經(jīng)由腎臟排出體外。由于蛋白質(zhì)在體內(nèi)的氧化分解不完全，因而所釋放的能量低于它在體外燃燒時釋放的能量。（二）能量的利用 各種能源物質(zhì)在體內(nèi)氧化過程中釋放能量，其中 50%以上直接轉(zhuǎn)化為熱能，其余部分則以化學(xué)能的形式儲存于 ATP 等高能化合物的高能磷酸鍵中，供機(jī)體完成

10、各種生理功能活動時使用，如肌肉的收縮和舒張，合成組織細(xì)胞成分及生物活性物質(zhì)，物質(zhì)的跨膜主動轉(zhuǎn)運(yùn)，產(chǎn)生生物電活動，腺體的分泌和遞質(zhì)的釋放等。以上除骨骼肌收縮對外界物體做一定量的機(jī)械功（簡稱外功） 外，其他所做的功最終都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。熱能是最低形式的能，不能再轉(zhuǎn)化為其他形式的能，主要用于維持體溫，體熱最終主要由體表散發(fā)到外界環(huán)境中去，較少部分的體熱通過呼出氣、排泄物等被帶出體外。（三）能量平衡人體的能量平衡是指攝入的能量與消耗的能量之間的平衡。若在一段時間內(nèi)體重保持不變，可認(rèn)為此時人體的能量達(dá)到“收支”平衡，即這段時間內(nèi)人體攝入的能量與消耗的能量基本相等。人體每日消耗的能量主要包括基礎(chǔ)代謝的能量消耗、食物特殊動力作用（見后述） 、身體運(yùn)動的能量消耗和其他的生理活動（包括生長發(fā)育）所需能量。若攝入食物的能量少于消耗的能量， 機(jī)體即動用儲存的能源物質(zhì)， 因而體重減輕，稱為能量的負(fù)平衡；反之，若機(jī)體攝入的能量多于消耗的能量，多余的能量則轉(zhuǎn)變?yōu)橹镜冉M織，因而體重增加，可導(dǎo)致肥胖，稱為能量的正平衡。肥胖可引發(fā)多種疾病，如心腦血管疾病、高脂血癥、糖尿病等。因此，在日常生活中，人們應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際生理狀況、活動強(qiáng)度等調(diào)整能源物質(zhì)的攝入量，使機(jī)體保持在有利于健康得到能量代謝水平。在臨床上常用體質(zhì)指數(shù)和腰圍作為判斷肥胖的簡易診斷