advance nutrition 01
计量单位
卡路里，物理计量单位，指的是1标准大气压下，1克水升高1摄氏度所需的热量。
实际营养学角度，都是用kcal表示，这里的卡指的是千卡，1kcal=1000cal。
能量底物的基本功能
| 类别 | 功能 |
|---|---|
| 碳水化合物（4kcal/g） | 1. 工作肌肉的能量来源(来自淀粉，糖，糖原) 2. 胆固醇和脂肪控制(来自膳食纤维) 3. 辅助消化(来自膳食纤维) 4. 营养物质和水的吸收（来自糖） 5. 维持血糖浓度（所有可消化碳水，对神经功能和延缓疲劳很很重要） |
| 蛋白质(4kcal/g) | 1. 能量来源（碳水消耗殆尽） 2. 提供必需氨基酸(身体需要但是不能自身合成) 3. 生成新的组织(生长恢复+损伤修复必须) 3. 维持现有组织 (组织正常损耗) 4. 合成酶，激素，抗体的基本物质 5. 体液平衡（帮助控制细胞内外的水平衡） 5. 血液物质载体（卫维生素，矿物质，脂肪转运至细胞内或外部） |
| 脂肪(9kcal/g) | 1. 运送脂溶性维生素(A + D + E + K) 2. 必须脂肪酸 3. 能量和肌肉燃料(低强度) 4. 饱食感控制 5. 激素成分 |
常见的糖（碳水化合物）相关术语解析
1. 按分子结构分类
（1）单糖（Monosaccharides）
- 葡萄糖（Glucose）：
- 血糖的主要成分，直接供能。
- 食物来源：蜂蜜、水果、淀粉类食物（消化后转化为葡萄糖）。
- 果糖（Fructose）：
- 甜度最高，主要在肝脏代谢，过量易导致脂肪肝。
- 来源：水果、蜂蜜、高果糖玉米糖浆（HFCS）。
- 半乳糖（Galactose）：
- 与葡萄糖结合形成乳糖（存在于乳制品中）。
（2）双糖（Disaccharides）
- 蔗糖（Sucrose） = 葡萄糖 + 果糖
- 常见于白糖、红糖、甘蔗、甜菜。
- 乳糖（Lactose） = 葡萄糖 + 半乳糖
- 存在于牛奶中，乳糖不耐受者缺乏乳糖酶。
- 麦芽糖（Maltose） = 葡萄糖 + 葡萄糖
- 淀粉分解的中间产物，见于麦芽、啤酒。
（3）多糖（Polysaccharides）
- 淀粉（Starch）：
- 植物储能形式（如米饭、土豆、面包）。
- 分为直链淀粉（消化较慢）和支链淀粉（消化快）。
- 糖原（Glycogen）：
- 动物和人类的储能形式，储存在肝脏和肌肉中。
- 膳食纤维（Dietary Fiber）：
- 可溶性纤维（如燕麦、苹果皮）→ 延缓糖吸收，降低胆固醇。
- 不可溶性纤维（如全麦、蔬菜）→ 促进肠道蠕动。
2. 按血糖反应分类
（1）升糖指数（Glycemic Index, GI）
- 高GI（≥70）：快速升高血糖（如白面包、葡萄糖）。
- 中GI（56-69）：中等速度（如香蕉、糙米）。
- 低GI（≤55）：缓慢升高血糖（如燕麦、豆类）。
（2）升糖负荷（Glycemic Load, GL）
- 综合考虑GI和实际碳水含量，更贴近实际饮食影响。
- 高GL（≥20）：显著影响血糖（如西瓜GI高但GL低）。
3. 代谢相关术语
（1）糖酵解（Glycolysis）
- 葡萄糖 → 丙酮酸（细胞质中），生成2 ATP + 2 NADH。
（2）糖异生（Gluconeogenesis）
- 非糖物质（如乳酸、氨基酸、甘油）→ 葡萄糖（主要在肝脏）。
（3）糖原合成与分解
- 合成：葡萄糖 → 糖原（储存于肝/肌肉）。
- 分解：糖原 → 葡萄糖（供能）。
（4）胰岛素（Insulin）与胰高血糖素（Glucagon）
- 胰岛素：降低血糖（促进葡萄糖进入细胞、糖原合成）。
- 胰高血糖素：升高血糖（促进糖原分解、糖异生）。
4. 健康相关概念
（1）低碳水饮食（Low-Carb Diet）
- 如生酮饮食（碳水＜50g/天），强制身体燃烧脂肪。
（2）抗性淀粉（Resistant Starch）
- 不易消化的淀粉（如冷却的米饭），类似膳食纤维。
（3）功能性低聚糖（如低聚果糖）
- 益生元，促进肠道有益菌生长。
三大供能系统详解：代谢路径、产物与TCA循环的关系
人体的能量供应主要依赖三大供能系统，它们在不同运动强度和时间下发挥作用，并最终通过TCA循环（三羧酸循环）和氧化磷酸化（ETC）生成ATP。以下是完全解析：
1. 磷酸原系统（ATP-PCr系统）
特点：
- 供能时间：0~10秒（极短时间爆发力运动，如举重、短跑）。
- 能量来源：直接利用储存的ATP和磷酸肌酸（PCr）。
- 无氧代谢，不依赖氧气。
反应过程
- ATP直接水解：
\(\text{ATP} \rightarrow \text{ADP} + \text{P}_i + \text{能量（7.3 kcal/mol）}\)- 肌肉中仅储存约2-5 mM ATP，仅够1-2秒高强度运动。
- 磷酸肌酸（PCr）补充ATP：
\(\text{PCr} + \text{ADP} \xrightarrow{\text{肌酸激酶（CK）}} \text{ATP} + \text{肌酸（Cr）}\)- PCr储量约15-20 mM，可维持5-8秒全力运动。
产物与恢复
- 终产物：ADP、Pi、肌酸（Cr）。
- 恢复：休息时，ATP通过有氧代谢再合成，PCr由肌酸磷酸化再生（需3-5分钟完全恢复）。
🔹 与TCA循环的关系：
- 不直接参与TCA循环，但运动后恢复期依赖有氧代谢（糖/脂肪氧化）重新合成ATP和PCr。
2. 糖酵解系统（无氧糖酵解）
特点：
- 供能时间：10秒~2分钟（如400米跑、HIIT）。
- 能量来源：肌糖原或血糖 → 乳酸。
- 无氧代谢，快速但效率低。
反应过程（细胞质中）
- 糖酵解（Glycolysis）：
- 若氧气不足，丙酮酸转为乳酸（乳酸脱氢酶催化）。
- 净生成ATP：
- 1葡萄糖 → 2 ATP（净增益）。
- 1糖原单位 → 3 ATP（因跳过己糖激酶步骤）。
产物与清除
- 终产物：
- 乳酸（可被肝脏通过糖异生回收，或心肌/慢肌纤维氧化）。
- H⁺离子（导致肌肉酸胀，pH下降）。
- 清除途径：
- 有氧条件：乳酸进入线粒体，转为丙酮酸→TCA循环。
- Cori循环：乳酸运至肝脏→葡萄糖→返回肌肉。
🔹 与TCA循环的关系：
- 有氧时：丙酮酸进入线粒体→乙酰辅酶A→TCA循环（彻底氧化）。
- 无氧时：乳酸堆积，TCA循环无法利用。
3. 有氧氧化系统（糖/脂肪/蛋白质）
特点：
- 供能时间：＞2分钟（耐力运动如马拉松）。
- 能量来源：糖、脂肪、蛋白质（少量）。
- 依赖氧气，效率高但速度慢。
（1）葡萄糖有氧氧化
- 糖酵解：葡萄糖→2丙酮酸 + 2 NADH（细胞质）。
- 丙酮酸进入线粒体→乙酰辅酶A + 1 NADH + CO₂。
- TCA循环：
- 1乙酰辅酶A → 3 NADH + 1 FADH₂ + 1 GTP + 2 CO₂。
- 电子传递链（ETC）：
- NADH/FADH₂传递电子→生成大量ATP（1葡萄糖≈30-32 ATP）。
（2）脂肪β-氧化
- 脂肪分解：甘油三酯→甘油 + 游离脂肪酸（FFA）。
- β-氧化：FFA→多个乙酰辅酶A + NADH + FADH₂。
- TCA循环：乙酰辅酶A彻底氧化（1棕榈酸≈106 ATP）。
⚠️ 关键点：
- 脂肪燃烧依赖草酰乙酸（来自糖代谢），低碳水时效率下降。
（3）蛋白质供能（次要）
- 氨基酸脱氨→生成丙酮酸、α-酮戊二酸等→进入TCA循环。
🔹 与TCA循环的关系：
- 所有三大营养素的最终氧化均通过TCA循环完成，生成NADH/FADH₂推动ETC。
三大系统对比总结
| 供能系统 | 磷酸原系统 | 糖酵解系统 | 有氧氧化系统 |
|---|---|---|---|
| 供能时间 | 0-10秒 | 10秒-2分钟 | ＞2分钟 |
| 能量来源 | ATP、PCr | 肌糖原/血糖 | 糖、脂肪、蛋白质 |
| 代谢类型 | 无氧 | 无氧 | 有氧 |
| ATP生成速度 | 极快 | 快 | 慢 |
| ATP生成总量 | 很少（≈1-2 ATP） | 中（2-3 ATP/葡萄糖） | 高（30+ ATP/葡萄糖） |
| 终产物 | ADP、Pi、肌酸 | 乳酸、H⁺ | CO₂、H₂O |
| 恢复时间 | 2-5分钟 | 30-60分钟（乳酸清除） | 持续供能 |
| 依赖TCA循环？ | 否（但恢复依赖） | 部分（有氧时） | 完全依赖 |
TCA循环的核心作用
- 整合三大营养素代谢：糖、脂肪、蛋白质的分解产物（乙酰辅酶A、α-酮戊二酸等）均进入TCA循环。
- 生成还原当量（NADH/FADH₂）：推动ETC产生大量ATP。
- 草酰乙酸是关键：
- 缺乏时（如低碳水饮食），乙酰辅酶A堆积→生酮。
实际应用
- 爆发力训练：依赖磷酸原+糖酵解，需补充肌酸。
- 耐力运动：依赖有氧氧化，需优化糖原储备和脂肪利用。
- 减脂：中低强度运动（如慢跑）促进脂肪氧化，但需适量碳水维持TCA循环效率。
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