第三章脂肪代谢与运动

第三章脂代谢与运动 教学目标1 掌握脂质的概念与功能 脂肪酸分解代谢的过程 运动时脂肪利用的特点与规律 2 了解酮体的生成和利用及运动中酮体代谢的意义 3 理解运动 脂代谢与健康的关系 并学会如何应用所学的知识 科学的指导体育锻炼以改善脂代谢 增进健康 体内过度的脂肪积累成为影响健康 导致死亡的重要因素 第一节脂质概述 一 概念脂类是脂肪和类脂的总称 它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物 统称为脂质或脂类 是动物和植物体的重要组成成分 脂类是广泛存在与自然界的一大类物质 它们的化学组成 结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异 但它们都有一个共同的特性 即可用非极性有机溶剂从细胞和组织中提取出来 二 分类 单纯脂中最丰富的一大类 脂肪的通式 脂肪酸的结构与分类 大多数是含偶数碳原子的直链一元酸 碳原子数目一般在4 26之间 尤以C16和C18为最多 甘油磷脂glycerophospholipid 复合脂 复合脂 衍生脂 胆固醇的化学结构 三 脂质的生物学功能 1 脂肪氧化释放能量2 复合脂和衍生脂是构成细胞的成分3 促进脂溶性维生素的吸收4 脂肪防震和隔热保温作用5 对糖和蛋白质的消耗具有节省作用 第二节脂肪的分解代谢 一 脂肪的动员与水解 脂肪的分解代谢 二 由于肌肉中缺乏磷酸甘油激酶 故甘油不能直接为肌肉供能 在肝脏 每分子甘油氧化生成乳酸时 释放能量可合成4ATP 如果完全氧化生成CO2和H2O时 则释放出的能量可合成21ATP 4 二甘油氧化过程ATP的合成 运动时甘油代谢的生物学意义1 糖异生作用的重要底物2 甘油所吸附的固定水可补充体液 防止运动性缺水3 甘油可作为脂肪分解的强度指标 一 脂肪酸氧化的基本过程 脂肪酸是长时间运动的基本燃料 在线粒体内一系列酶的催化下 脂肪酸逐步裂解出二碳单位 乙酰辅酶A 在经三羧酸循环和呼吸链氧化 脂肪酸的活化脂肪酰辅酶A进入线粒体脂肪酰辅酶A的 氧化三羧酸循环 三 脂肪酸的分解代谢 1 脂肪酸的活化 脂肪酸转变为脂酰辅酶A的过程 称为脂肪酸的活化 在线粒体外膜 经酰基辅酶A合成酶催化 并由ATP提供2个高能磷酸键 ATP AMP 脂肪酸与辅酶A结合 生成脂酰辅酶A 2 脂酰辅酶A进入线粒体 脂酰辅酶A不能直接穿过线粒体内膜 借助内膜上肉碱转运机制被转运至线粒体内 氧化步骤 5步反应5种酶 硫激酶 脂酰 CoA脱氢酶 烯脂酰 CoA水合酶 羟脂酰 CoA脱氢酶 酮脂酰 CoA硫解酶 脂肪酸氧化每次降解下一个2碳单元 氧化是从羧基端的 位碳原子开始的 称为 氧化 反应为 脱氢 水化 再脱氢 硫解 每次 氧化生成1个乙酰 CoA 1个NADH 1个FADH2 3 氧化 3 脂肪酸 氧化反应步骤 脂肪酸 CoA SH 脂酰 CoA 反式 2烯脂酰 CoA L 3 羟脂酰 CoA 酮脂酰 CoA 乙酰 CoA 脂酰 CoA 硫激酶 ATP AMP PPi 脂肪酸活化 脂酰 CoA脱氢酶 FADH2 烯脂酰 CoA水合酶 H2O 羟脂酰 CoA脱氢酶 NADH 硫解酶 脱下了两个碳原子 2 是脂肪酸的改造过程 二 脂肪酸 氧化的生理意义 1 氧化是体内脂肪酸分解的主要途径 四 酮体代谢 第三节运动时脂代谢的特点 能量 骨骼肌胞浆的脂滴 血浆脂蛋白 脂库中的脂肪 一 运动时脂肪代谢 二 运动时脂肪酸的利用 一 运动对血浆游离脂肪酸含量的影响 二 运动对血浆游离脂肪酸利用的影响 长时间运动中狗脂肪组织血流量 甘油 脂肪动员的变化 运动开始后脂解强度迅速提高 在运动中速率进一步加快 这表明 运动中脂肪组织内脂解过程几乎处于持续稳定的激活状态 运动时脂肪组织脂肪水解状况 血流量 ml 100g Min 游离脂肪酸 ummol 100g Min 甘油 ummol 100g Min 脂肪水解产生的脂肪酸只有部分量释放入血 约1 3 动员入血的脂肪酸 为长链脂肪酸的形式 即软脂酸 硬脂酸和油酸等 立即与血浆清蛋白结合 以增加其水溶性 便于运输到各组织器官进一步代谢 而大部分脂肪酸在脂肪细胞内直接参与再酯化过程 2 3 脂肪水解产生的甘油不能重新为细胞利用 基本上全部释放入血 经过血液循环运输到肝脏等组织进一步代谢 脂肪组织释放脂肪酸和甘油 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 糖酵解 磷酸甘油 脂肪细胞 血液 TG FFA 甘油 脂肪组织内甘油三酯和脂肪酸循环 TG 脂肪水解 儿茶酚胺 胰高血糖素 胰岛素 血浆甘油三酯分解 1 血浆脂蛋白与甘油三酯 血浆中的甘油三酯是与磷脂 胆固醇 胆固醇酯和载脂蛋白以不同比例结合而存在 共同构成各种脂蛋白 其中乳糜微粒 CM 和极低密度脂蛋白 VLDL 中含有的甘油三酯较多 低密度脂蛋白 LDL 和高密度脂蛋白 HDL 中含有较少量的甘油三酯 血浆脂蛋白的化学组成及其相对百分比 2 血浆脂蛋白中甘油三酯的分解 甘油三酯 血浆脂蛋白 LPL 脂肪酸 甘油 游离脂肪酸 FFA 代谢利用 器官组织 LPL 脂蛋白脂酶 广泛存在于人体细胞内 在细胞内粗面内质网中合成后转运出细胞 在毛细管内皮细胞表面与硫酸肝素结合 可以催化血浆脂蛋白中的甘油三酯水解 3 运动对血浆脂蛋白含量的影响 运动训练 尤其是耐力性质的运动 可使HDL含量明显增加 而不同程度地减少VLDL和LDL的含量 而且这种变化的程度与运动负荷量成正相关关系 运动提高HDL的机制 运动能加快脂肪组织细胞内LPL的合成速率 释放并附于血管内皮 促进VLDL TG水解 从而使VLDL裂解为HDL 肌细胞内甘油三酯分解 1 肌内甘油三酯含量 肌内甘油三酯含量与肌纤维类型 营养和身体活动量有关 以中性脂滴的形式存在 分布于含线粒体丰富的慢肌纤维中 并与线粒体容积成正相关 平均含量为5 15mmol Kg 比脂肪组织的400 800mmol Kg含量要少得多 2 肌内甘油三酯分解 甘油三酯 骨骼肌 LPL LPL肌细胞的核糖体内合成的 负责脂滴的甘油三酯的水解 也是此水解反应的限速酶 它的活性受低浓度肾上腺素 胰高糖素抑制 受高浓度肾上腺素 胰高糖素激活 长时间运动中 LPL的活性提高骨骼肌内 近2倍 比脂肪组织 20 明显 故耐力训练可提高骨骼肌利用肌内甘油三酯的能力 其利用量与运动强度和持续时间有关 3 运动肌内甘油三酯的利用 运动时肌内脂肪在运动初期首先动用 运动时肌内脂肪的利用也与肌纤维类型有关 在有氧代谢能力强的慢肌纤维中甘油三酯的消耗量最为明显 一 血浆游离脂肪酸浓度及其转运率 在安静 空腹状态时 人的血浆FFA浓度为6 16mg 0 1mmol L 运动过程中 血浆FFA浓度升高 1 血浆FFA浓度正常值 2 血浆FFA转运率 安静状态 血浆FFA半寿期大约为4分钟 中等强度运动 血浆FFA半寿期大约为0 9分钟 低强度运动 血浆FFA半寿期大约为2分钟 低强度和中等强度运动时血浆FFA都能积极地参与各组织器官的氧化供能 二 骨骼肌利用血浆游离脂肪酸 1 血浆FFA在骨骼肌内的供能地位 2 影响肌细胞内血浆FFA供能的因素 3 不同肌纤维利用血浆FFA供能的差异 4 骨骼肌脂肪酸氧化与运动能力的关系 5 运动训练对骨骼肌脂肪酸氧化能力的影响 1 血浆FFA在骨骼肌内的供能地位 安静时 动脉血FFA是骨骼肌的基本燃料 在短时间极量或高强度运动中 血浆FFA供能意义不大 在长时间运动中 血浆FFA在骨骼肌的供能中起着关键作用 2 影响肌细胞内血浆FFA供能的因素 1 运动强度和持续时间 运动强度下降到60 70 最大摄氧量 超过20 30分钟的长时间运动中 动脉血FFA持续而缓慢地升高 肌细胞吸收血浆FFA供能比例增大 例如运动40 90 180 240分钟 脂肪酸供能占总能耗的百分数分别为37 37 50 62 2 血浆脂肪酸浓度 血浆FFA浓度受血浆清蛋白数量及其结合力的影响 在长时间运动时 血浆FFA浓度逐渐升高 运动肌摄取和利用量也相应增多 二者存在正比关系 人体血浆FFA浓度不超过2mmol L 高浓度血浆FFA可形成微胶粒溶液 损害细胞膜 增加血小板的粘集 引起血栓形成 3 饮食 低糖膳食使肌糖原储量低下时 或饥饿1 3天 脂肪酸氧化供能量可高达80 90 吃糖可抑制脂肪组织的脂肪分解 服用咖啡因促进脂肪组织的脂解作用 补充肉碱 也可加快脂肪酸的分解代谢 4 耐力训练水平 高水平耐力运动员呼吸循环系统转运氧的能力高 肌内线粒体氧化脂肪酸的能力强 因而运动时脂肪酸氧化供能的比例相对较高 有利于运动时节省糖储备 5 环境温度 与常温天气下比较 冷天消耗血浆脂肪酸的数量增多 3 肌纤维利用血浆FFA供能的差异 不同类型肌纤维氧化FFA的能力差别很大 IIa型肌纤维具有高酵解能力 氧化FFA的能力差 而I肌纤维具有氧化FFA的能力 FFA 清蛋白在安静时为0 2 长时间中等强度运动 脂肪组织大量动员 脂肪酸大量入血 FAA 清蛋白比值增加至3 4 超过清蛋白的运载能力 未结合的游离脂肪酸可刺激脂肪组织的血管收缩 血共减少 从而减少脂肪酸入血 增加再酯化作用 FFA 清蛋白比值增加对脂肪组织的脂肪动用起负反馈调节作用 4 骨骼肌脂肪酸氧化与运动能力的关系 1 促进脂肪酸供能与最大耐力 任何使血浆FFA浓度提前升高的因素 都能造成运动前期肌内糖利用速率下降 节省糖对提高马拉松跑能力十分有用 2 抑制脂肪酸供能与大强度耐力 在低于30分钟的运动中 减少脂肪酸供能是提高运动能力的重要生化因素 补糖能抑制脂肪组织分解和释放脂肪酸 减少肌肉吸收和氧化脂肪酸 5 运动训练对骨骼肌脂肪酸氧化能力的影响 运动训练中以耐力训练对人体骨骼肌脂肪酸代谢的影响最明显 耐力训练可提高骨骼利用脂肪酸供能能力 主要原因是 1 耐力训练使每分心输出量增大 血红蛋白 肌红蛋白含量增多 骨骼肌毛细管密度增大 其结果对骨骼肌的供氧能力提高 2 训练肌的细胞内线粒体数目增多和体积增大 位于线粒体内的酶活性升高 其结果提高了骨骼肌代谢利用氧的能力 三 影响脂代谢的因素与运动能力 1 运动员的身体素质2 运动强度和持续时间3 脂肪动员和脂肪转运的能力4 脂肪酸的碳链及其饱和度5 膳食干预 四 脂肪分解代谢与运动适应 机制 1 耐力训练可促进脂肪供能比例增加 2 耐力训练可引起骨骼肌有利于脂肪酸代谢的变化 3 耐力训练可提高氧供应系统的能力 第四节运动 血脂代谢与健康 一 血脂的概念 分类及功能 血脂 人体血浆中的脂质血脂包括胆固醇 三酰甘油 磷脂 FFA 游离脂肪酸 二 运动对血脂代谢的影响 长期的有规律的耐力锻炼可以使血浆总胆固醇保持较低水平 二长时间耐力运动对血脂的影响 1血浆甘油三酯清除常数 安静 每分钟为26 5 运动 每分钟为33 8 2血脂清除与运动强度和持续时间有关 3一次连续几小时运动 运动后立即血脂无变化 但24h后可见明显下降 4限食加耐力运动 可使血浆甘油三酯明显下降 三耐力运动训练对血脂的影响 一 耐力运动训练对血浆胆固醇的影响 1耐力运动训练对血浆HDL C浓度的影响 lHDL中含 20 的胆固醇 5 的甘油三酯lHDL C浓度平均上升12 20mg 增加幅度为20 25 l血浆HDL C浓度 运动者比非运动者高 HDL分两种类型 HDL2 C和HDL3 耐力训练主要影响HDL2 对HDL3无影响 冠心病 动脉粥样硬化的发病率与HDL2呈负相关 2耐力运动训练对LDL C浓度的影响 lLDL中含 4 5 的胆固醇 10 的甘油三酯l耐力训练可降低血浆LDL C浓度l60 80 最大心率运动 效果明显 l力量和速度运动员的血浆LDL C浓度与伏案工作者相同 lVLDL中含 10 15 的胆固醇 50 70 的甘油三酯 为内源性l耐力运动员血浆VLDL偏低l耐力训练可降低高浓度的VLDL 3耐力运动训练对血浆VLDL C浓度的影响 二 耐力运动训练对血浆甘油三酯浓度的影响 1正常值 2耐力训练可降低血浆甘油三酯浓度 其效果随运动量增加而增加 50 150mg 耐力运动员常低于100mg 四耐力运动训练引起血浆脂蛋白浓度变化的机制 1影响途径 运动消耗 动员 水解和利用脂肪 增加相关酶活性 ll 脂蛋白脂肪酶 LPL 骨骼肌和脂肪内的LPL活性最高 骨骼肌利用血浆脂蛋白的甘油三酯的同时 促进HDL的生成 运动可提高