史仍飛：人體能源物質是怎樣利用的？ （轉載）

史仍飛：人體能源物質是怎樣利用的？ （轉載）

2020-8-31 22:16 |系統分類:科普集錦

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人體能源物質是怎樣利用的？

史仍飛/文

今天我們關注運動、營養、減肥和健康時，總是躲不開的關鍵詞是能量（卡路裡）。能量對於我們是那麼重要，可又是那麼遙遠。遙遠的是不知道人體各器官是如何儲存和消耗能源物質？不知道在運動時，是先利用糖，還是脂肪作為燃料。嗯，這也不能怪我們，畢竟生物細胞已經存在幾十億歲了，而我們的科學認知才只有有限的年月，甚至可以忽略。

人同其它機動車輛一樣，只要工作就要消耗能源物質；人又不同於機動車，所需的能源不是單一的品種，而是從每天的不同食物中汲取裡面的糖、脂肪、蛋白質等能源物質，然後由這些能源物質再轉變合成ATP（三磷酸腺苷），從而滿足一切生理活動的需要。

人體能源物質如何儲存的？

人體生命過程所需要的能量主要來自每天所吃的食物，經過一系列的代謝儲存在人體內滿足生命活動的需要。分別是磷酸肌酸、糖原、脂肪、胺基酸等能源物質。其中磷酸肌酸主要儲存在肌細胞中，相對含量很少，僅能維持極短的時間。儲存量相對較多的是糖，主要以肌糖原、肝糖原的形式，包括循環系統中的葡萄糖 ，合計在一起也只有500g左右。就是這部分儲存的糖對於我們的健康非常重要，它是最有效的能源物質，缺氧的時間咱們可以利用它供能，在有氧的時間我們也可以利用它提供能量。唯一不利的是儲量仍不是太多，這可能造物主就是這樣設計的。就像磷酸肌酸一樣，若儲存多了就會增加肌肉質量；當積累較多的糖原時，機體會進一步集聚更多的水分，最終都會導致體重的增加，不利於運動的速度等素質。

儲存最多的能源物質是脂肪，主要分布於皮下脂肪組織、內臟周圍，脂肪儲存的多寡受個體遺傳、生活方式、體力活動、膳食營養等因素的影響。但脂肪只能在有氧情況下提供能量。

蛋白質可以提供能量，但人體內並沒有多餘的以能源物質形式儲存的蛋白質。

卡路裡究竟是何物？

卡路裡（calorie），簡稱卡，縮寫為cal，由英文音譯而來,是一種熱量單位。其定義為在1個大氣壓下，將1克水提升1攝氏度所需要的熱量；卡路裡被廣泛使用在營養計量和健身手冊上，國際標準的能量單位是焦耳（joule）。

關於能量及能源物質，我們大眾最熟悉的概念就是卡路裡。能源物質糖、脂肪、蛋白質在氧化分解生成的能量（卡路裡），其中一部分能量在體內轉變成高能化合物三磷酸腺苷（ATP)，是生物釋放，儲存和利用能量的媒介，是生物界直接的供能物質；另一部分能量以熱量的形式散失（維持體溫、或是通過不同途徑散失掉，如汗液）。如果這部分不做功的能量能用於轉化成電能該多好呀，比如發明一個人體生化充電電池之類，其價值可能是不可估量的。

不同生活狀況下能量是如何利用的？

安靜狀態下，人類進化到今天，機體主要是以有氧代謝的方式提供能量，但由於不同器官及功能的適應，有些組織細胞仍然通過無氧代謝方式維持供能，比如紅細胞。

不同器官利用的能源物質略有差異。正常情況下，人體大腦佔基礎代謝率的20%；這一代謝系統幾乎完全依賴葡萄糖的有氧代謝，但在飢餓缺糖的情況下，也會利用脂肪酸代謝的酮體作能源物質。而心臟優先燃燒脂肪酸、乳酸和葡萄糖，甚至可以利用一些胺基酸。

哺乳動物快肌纖維主要以葡萄糖（或糖原）為能源物質，以無氧糖酵解供能，有氧氧化代謝率相對較低；相反，氧化型慢肌纖維則優先代謝脂肪酸，但也可以利用葡萄糖。

運動狀況下，機體的代謝圍繞骨骼肌的供能產生適應性變化，此階段代謝率根據運動負荷的可提高至20倍左右，而消化系統及內臟器官代謝率也會相對下降。下表數據為劇烈運動與安靜狀態下，不同器官相對氧消耗率。

作為主要能源物質的糖和脂肪能用多久？

糖原似乎是高強度有氧運動的最佳燃料，但由於儲量有限，這一過程的持續時間也有限，研究認為體內的肌糖原只能滿足高強度有氧運動的時間為20~30分鐘，理論上體內的糖可滿足有氧運動1.5小時左右；而脂肪作為能源物質，還沒有發現運動中脂肪被消耗殆盡的情況，也就是說可以持續無限長的時間（在脂肪沒有耗盡之前，人可能早已經因為脫水、體溫升高等因素而力竭了）。

而在持續兩到三個小時或更長時間的運動中，如何調節糖和脂肪的供能比例，對於提高運動能力尤其重要。比如馬拉松比賽項目。

如何知曉機體供能的物質來源，需要了解一個概念，呼吸商（指生物體在同一時間內，釋放二氧化碳與吸收氧氣的體積之比）。對於運動中利用能源物質有重要的意義，當糖分解時，呼吸商為1，當脂肪分解時，呼吸商為0.7。如何最大程度提高成績，就要充分利用糖原，並調動脂肪的供能。當呼吸商（RQ）值約為0.9，表明約65%的O2消耗是由糖原氧化引起的，而其餘的主要是脂肪酸代謝。事實上，這一比率可能會隨著運動時間的延長而不斷下降，表明有氧工作時間越長，脂肪代謝對整體能量生產的貢獻就越大。

肌肉選擇何種能源物質，主要依賴於機體的供氧情況，當氧供應充足時，骨骼肌（慢肌）主要利用脂肪酸提供能量，而氧相對缺乏時，糖利用會增加。在運動減脂的過程中，機體不是先把糖消耗完，再利用脂肪的，而是看不同器官的代謝特點，以及相對的供氧情況。

在前述也講到，人體的細胞比我們人本身要聰明的多，它知道該如何更經濟地選擇能源物質，也會隨著我們機體運動能力的改善而調整能源物質的利用。 如當身體熟悉了一種運動，便會適應，運動所需的體能消耗也會逐漸減少。這樣的情況下，消耗少了減肥效果自然降低。經常轉換運動類型，可避免身體因習慣而「偷懶」，以達到最佳的運動效果。

在減肥面前，我們還有希望嗎？

現今的生活中，食品工業化仍在無限的擴張，獲取高熱能的食物比以往任何年代都容易的多；另一方面，高科技、人工智慧等在持續性剝奪我們的體力活動。更為天真的是，我們總是高估了運動中的能量消耗，而低估了食物中的卡路裡。

今天想抗拒舌尖上的美食、饕餮大餐的誘惑並不那麼容易，還有普遍少動、靜態的工作生活方式又讓肥胖問題雪上加霜。

主要參考文獻

1. PETER W. HOCHACHKA，GEORGE N. SOMERO. Biochemical Adaptation. Princeton University Press,Princeton, New Jersey 1984.

2. 史仍飛，孫鵬，馮鈺主編，人體代謝與運動營養[M] 人民體育出版社，北京，2018.