[教育学]5-物质与能量.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；对牵张、温度和化学刺激特别敏感） 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）,(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。 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-。,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。 有机铁和高铁都不易被吸收，须还原为亚铁后才能被吸收。亚铁的吸收速度比相同量的高价铁要快2-5倍。Vit-C能将高价铁还原为亚铁而促进吸收。 运动员在大运动量训练期间，补充铁的同时一定要注意补充Vit-C。,(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。,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。,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。,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（只能用于维持体温） 4.环境温度：20-30,二、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；