《物质与能量》PPT课件.ppt

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化学性消化,(1)消化道平滑肌的一般特性,消化道平滑肌特性：兴奋性（比骨骼肌低）、自律性（在体外也可保持）、传导性和收缩性（保持一定的紧张性）（伸展性大）（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,口腔内消化胃内消化 小肠内消化 大肠内消化,口腔内消化,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+、HCO3-、Cl-等)。,胃内消化,胃液的性质、成分和作用 性 质：无色，pH 0.91.5 分泌量：1.52.5L/日 成 分：盐酸、胃蛋白酶原、粘液、和HCO3-等无机物。,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。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 胰液为碱性液体 渗透压血浆 胰液呈间歇性分泌,约为12L/每日。(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.胆汁肝细胞分泌，内含：(1)胆盐；(2)胆固醇；(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(13L/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 口腔及食道内不吸收。胃只吸收酒精和少量水分。小肠吸收的主要部位，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,(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，不可立即运动；剧烈运动结束后，亦应经过适当休息再进餐。,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 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80-120mg%。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。我们一般用国际统一的四个血糖切点值来判断，即5.6、7.0、7.8、11.1毫摩尔每升。仅凭空腹和餐后2小时血糖的变化，就会出现如下9种情况：1.正常血糖。也就是通过检测血浆血糖，空腹低于5.6，而餐后2小时低于7.8；2.空腹血糖受损。仅有空腹高于5.6但低于7.0，餐后正常；3.糖耐量减低。仅有餐后2小时血糖高于7.8但低于11.1，空腹正常；4.联合糖调节受损。既有空腹血糖受损又有糖耐量减低；5.单纯性空腹高血糖1型。空腹血糖高于7.0，但餐后正常；6.单纯性空腹高血糖2型。空腹血糖高于7.0，加上糖耐量减低；7.单纯性负荷后高血糖1型。餐后2小时血糖高于11.1，但空腹正常；8.单纯性负荷后高血糖2型。餐后2小时血糖高于11.1，加上空腹血糖受损；9.联合高血糖症。空腹血糖高于7.0，餐后2小时高于11.1。这是糖尿病患者最常见的类型。2、3、4三种情况我们称为糖尿病前期的亚健康状态，5、6两种情况比较少见，如他日复查结果类似可以诊为糖尿病。7和8两种情况多见于60岁以上老年人，如为口服葡萄糖耐量试验的结果，或者他日复查类似结果也可以诊断为糖尿病。,我们一般用国际统一的四个血糖切点值来判断，即5.6、7.0、7.8、11.1毫摩尔每升。仅凭空腹和餐后2小时血糖的变化，就会出现如下9种情况：1.正常血糖。也就是通过检测血浆血糖，空腹低于5.6，而餐后2小时低于7.8；2.空腹血糖受损。仅有空腹高于5.6但低于7.0，餐后正常；3.糖耐量减低。仅有餐后2小时血糖高于7.8但低于11.1，空腹正常；4.联合糖调节受损。既有空腹血糖受损又有糖耐量减低；5.单纯性空腹高血糖1型。空腹血糖高于7.0，但餐后正常；6.单纯性空腹高血糖2型。空腹血糖高于7.0，加上糖耐量减低；7.单纯性负荷后高血糖1型。餐后2小时血糖高于11.1，但空腹正常；8.单纯性负荷后高血糖2型。餐后2小时血糖高于11.1，加上空腹血糖受损；9.联合高血糖症。空腹血糖高于7.0，餐后2小时高于11.1。这是糖尿病患者最常见的类型。2、3、4三种情况我们称为糖尿病前期的亚健康状态，5、6两种情况比较少见，如他日复查结果类似可以诊为糖尿病。7和8两种情况多见于60岁以上老年人，如为口服葡萄糖耐量试验的结果，或者他日复查类似结果也可以诊断为糖尿病。,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。糖吸收入血刺激胰岛素释放，需要一定的时间；运动引起肾上腺素的迅速释放，抑制胰岛素分泌，使血糖水平升高。因此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。,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量大，约占体重的10%-20%。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。,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，抑制脂肪的合成而达到减肥的目的。减肥的方式：运动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。水中运动减肥为近年来提倡的减肥方式。,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%VO2max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。,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20-25C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。间接测热法：间接测热法原理：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：17.17KJ 脂肪：38.94KJ 蛋白质:生物热价17.99KJ;物理热价23.43KJ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：2lKJ 脂肪：19.7KJ 蛋白质：18.8KJ,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，RQCO2产生量/耗O2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。,呼吸商与不同物质的能量代谢,代谢产生的CO2和所消耗的O2体积的比值称作呼吸商。由于1克分子的任何气体的容积均相同，因此：纯碳水化合物供能时，C6H1206+6O26CO2+6H2O呼吸商=66=1.0纯脂肪供能时，2C51H9806+145O2 102CO2+98H20呼吸商=102145=0.703纯蛋白质供能时，一般通过间接的方式计算。由于蛋白质供能非常有限（最大时不足5），因此通常可以忽略不计。呼吸商0.8,3.代谢当量,代谢当量：运动时的耗氧量与安静时耗氧量的比值称为代谢当量（MET）。1MET约相当于安静时的能量消耗（耗氧量），即约相当于250ml/min或3.5ml/Kg/min。,(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食物能使机体产生“额外”热量的现象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,肌肉ATP含量：6mmol/kg湿肌最大输出功率：11.2mmolATP/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29.26-50.16KJ(7-12Kcal)ATP一旦被分解，便迅速补充 CP+ADPC+ATP肌肉中CP的再合成则要靠三大能源物质的分解供能。,(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+O2 CO2+H2O+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不同。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。,径赛项目的主要能量供应系统,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,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理想的运动时间：30分钟-1小时,名词解释,糖酵解血糖有氧氧化基础代谢率呼吸商代谢当量,思考题,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？试述血液的组成与功能?不同类型肌纤维的形态,机能及代谢特征运动训练对心血管系统的影响运动时如何合理呼吸?,7血液中的葡萄糖又称（），正常人空腹浓度为（）。A糖元，60120mg%B血糖，80120mg%C血糖，60120mg%D糖元，80120mg%10运动前（）补糖可以增加运动开始时肌糖原的贮量。运动前（）或运动开始时补糖效果较理想。A12小时，20分钟内 B34小时，5分钟内C12小时，5分钟内 D34小时，20分钟内,17因食物的特殊动力作用而额外增加的热量用于（）。A维持体温 B抵抗寒冷C肌肉活动 D增加代谢率21（）是人体最主要的供能物质。A糖类 B脂肪C蛋白质 D维生素23（）是人体最经济的能源。A糖类 B脂肪C蛋白质 D维生素,27不同食物在胃内排空速度顺序为（）。A糖类蛋白质脂肪B糖类脂肪蛋白质C蛋白质脂肪糖类D脂肪蛋白质糖类34糖原贮存于（）部位最多。A脑 B心脏C肝脏 D肌肉,35下列除（）外，均是乳酸的清除部位。A脑 B心脏C肝脏 D肌肉36运动前补糖可采用稍（）浓度糖溶液，运动中可采用稍（）浓度糖溶液进行补充。A高，高 B高，低C低，低 D低，高,37肥胖的判断标准是（）。A体脂20B体脂30C男性体脂20，女性体脂30D男性体脂首先14，女性体脂2038低血糖时，首先受影响的器官是（）。A脑 B心脏C肝脏 D骨骼肌,