有关运动基础营养学的知识

Rosemary

第一节：运动与能量代谢

能量需求是营养学的一个最基本的问题。人体活动每时每刻都要消耗能量，生命活动过程是一个消耗能量的过程。与此同时，人体不断地从外界环境中摄取食物，并从中获得必需的营养物质，其中包括碳水化合物、脂类和蛋白质，一般称之为三大产能营养素。三大产能营养素经消化转变为可吸收的小分子物质被吸收入血液，这些小分子物质，一方面经过合成代谢构成机体的组成成分或更新衰老组织；另一方面经过分解代谢释放出所蕴藏的化学能，这些化学能经过转化便成为生命活动过程中的各种能量来源。而机体在物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用则构成了整个能量代谢过程，这时生命活动的基本特征之一。

运动时因人体骨骼肌内能量消耗大大增多，所以体育活动有能量代谢强度大、消耗率高等特点。对于健身者来说，了解能量以及自己对能量的需求是很必要的。


一、能量单位

“能”（energy）在自然界有多种形式，如太阳能、化学能、机械能、电能，它们之间可以相互转换。为了计量上的方便，国际上制定了统一的单位，即焦（耳）（joule, J）或卡（calorie, cal）。1卡指1克纯水的温度升高1度所需要的能量；而1焦则是指用1牛顿（N）力把1千克物体移动1米所需要的能量。1000焦等于1“千焦”（kilo joule, kJ）；1000千焦等于1”兆焦“（mega joule, MJ）。两种能量单位的换算如下：

1 kcal=4.186 kJ
1 kJ=0.239 kcal
1000 kcal=4.186 MJ
1 MJ=239 Kcal


二、能量来源

人体在生命活动过程中都需要能量，如物质代谢的合成和分解反应、心脏跳动、肌肉收缩、腺体分泌等。人体各种生理活动所需要的能量，基本由ATP（三磷酸腺苷）供给，肌肉活动的直接能量来源是ATP。而这些能量均来源于食物。食物中所含的营养素可分为七大类：碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质、维生素、水和膳食纤维。其中，碳水化合物、脂类和蛋白质经体内代谢可释放出能量，三者统称为“产能营养素“或能源物质。人体的ATP由糖、脂类和蛋白质三大能源物质的氧化分解产生，它们通过相应的分解代谢，将储存在分子内的化学能逐渐释放出来，并转移、储存至ATP分子内，以保证ATP供能的持续性。可见ATP的最终来源是食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质。

（一）食物的能量卡价

人体所需要的能量来源于动物性和植物性食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质三种产能营养素。每克产能营养素在体内氧化所产生的能量值称为“食物的热价”或”食物的能量卡价“，亦称“能量系数”。

产能营养素在体内燃烧（生物氧化）的过程和体外燃烧的过程不尽相同，体外燃烧是在氧的作用下完成的，化学反应激烈，伴随着光和热；体内氧化是在酶的作用下缓慢进行的，比较温和。特别是最终产物不完全相同，所以产生的热量（即能量）也不完全相同。根据“弹式热量计”测定，在体外燃烧时，1克碳水化合物平均产生能量17.15kJ（4.1Kcal）；1克脂肪平均产能39.54kJ（9.45kcal）；1克蛋白质平均产能23.64kJ（5.65kcal）。但在体内氧化时，碳水化合物和脂肪与台外燃烧时的最终产物均为二氧化碳和水，所产生的能量也相同。蛋白质在体内氧化时的最终产物则为二氧化碳、水、尿素、肌酐及其他含氮有机物；而在体外燃烧时的最终产物则为二氧化碳、水、氨和氮等，体内氧化不如体外燃烧那么完全。若将1克蛋白质在体内氧化的最终产物收集起来继续在体外燃烧，还可以产生能量5.44kJ（1.3kcal）。因此，用“弹式热量计”体外燃烧实验推算体内氧化产生的能量：1克碳水化合物为17.15kJ（4.1kcal），1克脂肪为39.54kJ（9.45kcal），1克蛋白质则为23.64-5.44=18.2kJ（4.35kcal）。

另外，食物中的营养素在消化道内并非百分之百地被吸收。一般混合膳食中碳水化合物的吸收率为98%、脂肪为95%、蛋白质为92%。所以，三种产能营养素在体内氧化实际产生能量则为：

1克碳水化合物17.15kJ x 98%=16.81kJ（4.0kcal）
1克脂肪39.54kJ x 95%=37.56kJ（9.0kcal）
1克蛋白质18.2kJ x 92%=16.74kJ（4.0kcal）


三大产能营养素的能量系数
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营养素 能量系数
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kJ kcal
碳水化合物 16.81 4
脂肪 37.56 9
蛋白质 16.74 4

（二）能量来源的分配

三类产能营养素在体内都有其特殊的生理功能并且彼此相互影响，如碳水化合物与脂肪的相互转化及它们对蛋白质的节约作用，因此，三者在总能量供给中应有一个恰当的比例。根据我国的饮食特点，成人碳水化合物供给的能量以占总能量的55%~65%，脂肪占20%~30%，蛋白质占10%~15%为宜。年龄越小，蛋白质及脂肪供能所占的比例应相对增加。成人脂肪摄入量一般不宜超过总能量的30%。

根据《推荐的中国运动员膳食营养素和食物适宜摄入量》的建议，运动员三大供能营养素所占总热量的比例：蛋白质为12%~15%（力量项目可增加到15%~16%），脂肪为25%~30%（游泳和冰上项目可增加到35%），碳水化合物为55%~65%（耐力项目可增加到70%）。


三、能量消耗

能量从一种形式转化为另一种形式的过程中，其总量既不增加也不减少。这是所有形式的能量互相转化的一般规律，即能量守恒定律，机体的能量代谢也遵循这一普遍规律。即在整个能量转化过程中，机体利用蕴藏于食物中的化学能与最终转化成的能量和所做的外功，按能量折算是完全相等的。也就是说，机体的能量需要与消耗是一致的。在理想的平衡状态下，个体的能量需要量等于其消耗量。成年人的能量消耗主要用于维持基础代谢、体力活动和食物生热效应；儿童、青少年应包括生长发育的能量需要；创伤患者康复期间也需要能量。

概括来说，人体的能量消耗主要包括以下几个方面：
* 基础代谢的消耗；
* 机体活动（包括娱乐、体育活动）的消耗；
* 摄入食物过程引起的消耗（称为食物的特殊动力作用）；
* 机体生长发育（生长阶段的儿童）所需要的能量。

其中前三项之和是成人每日能量消耗的总量，而儿童和创伤患者的能量消耗还要包括生长发育所需的能量。


（一）基础代谢
1、基础代谢与基础代谢率

基础代谢（basal metabolism, BM）是指人体维持生命体征的所有器官活动所需要的最低能量消耗，是在清晨而且极端安静状态下，不受精神紧张、肌肉活动、食物和环境温度等因素影响时的能量代谢。单位体表面积、单位时间内的基础代谢，称为基础代谢（basal metabolic rate, BMR）。一般是以每小时所需要的能量为指标。基础代谢的测量一般都是在清晨未进餐以前进行，距离前一天的晚餐12~14小时，而且测量前的最后一次进餐不要吃得太饱，膳食中的脂肪量也不要太多，这样可以排除食物热效应作用的影响。测量前不应做费力的劳动或运动，而且必须静卧半小时以上，测量时采取平卧姿势，并使全身肌肉尽量松弛，以排除肌肉活动的影响。测量时室温应保持在20~25摄氏度之间，以排除环境温度的影响。

2、静息代谢

静息代谢是一种与基础代谢很接近的代谢状态，测定中省略了摄入食物这个条件，测定过程要求全身处于休息状态，不用早上睡醒测量，也不是空腹，而是在进食3~4小时后测量。此时机体仍在进行着若干正常的消化活动，这种状态比较接近人们正常生活中的休息状态，在这种条件下测出的代谢率，称为静息代谢率（resting metabolic rate, RMR），静息代谢率与基础代谢率相差约10%。静息代谢率一般占总能量消耗的大部分（60%~75%）。

（二）体力活动

除了基础代谢外，体力活动是影响人体能量消耗的主要因素。因为生理情况相近的人，基础代谢消耗的能量是相近的，而体力活动情况却相差很大，机体任何轻微活动都可提高代谢率。人每天的工作和生活中有很多的活动，其中包括娱乐和体育活动，这些活动都是由肌肉做功来完成的。机体能量消耗的增加与肌肉活动的强度呈正比关系，若以相近代谢率进行比较，运动的能量消耗是安静时的两三倍甚至百倍以上。

运动中消耗能量的主要来源是糖和脂肪酸，两者供能的比例取决于运动强度和运动持续时间：运动强度达到最大摄氧量75%以上时，糖氧化供能比例增加；运动强度降低至最大摄氧量的65%以下时，脂肪供能比例增加（表1-2和表1-3）。


表1-2 骨骼肌细胞利用的能量系统
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系统 利用情况 运动举例
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三磷酸腺苷（ATP） 所有情况 力量训练，各种投掷、跳、百米跑等高强度运动
磷酸肌酸（CP） 运动开始时，极限强度运动 同上，高强度有间歇的运动训练
及其后短间歇
糖无氧酵解 高强度运动，尤其是30秒至 200米计时跑
2分钟的运动
糖有氧氧化 运动持续2分钟至5小时， 篮球、排球、游泳、慢跑等
强度越大，利用越多
脂肪有氧氧化 持续时间长的低强度运动 长距离跑步、游泳和骑车
蛋白质有氧氧化 所有低强度运动 长时间耐力性运动
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（引自：Lamb & Wardlaw, 1991）


表1-3 不同运动持续时间的主要供能系统
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运动时间 供能系统
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<30秒 磷酸原（ATP-CP）
30秒~1.5分钟 磷酸原和糖酵解
1.5分钟~3分钟 糖酵解和有氧氧化
>3分钟 糖和脂肪有氧氧化
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（引自：陈吉棣， 2002）


在人体的整个能量消耗中，肌肉活动或体力活动占较大比例。通常各种体力活动所消耗的能量占人体总能量消耗的15%~30%，所以参加体育健身者所消耗的能量比不参加者可以大很多，见表1-4。影响体力活动能量消耗的因素：1.肌肉越发达者，活动能量消耗越多；2.体重越重者，能量消耗越多；3.活动强度越大、持续时间越长，能量消耗越多；4.与工作的熟练程度有关。其中活动强度和持续时间是主要影响因素，而活动强度主要涉及活动时牵动的肌肉多少和负荷的大小。

表1-4 不同生活活动和运动每千克体重每小时的能量消耗

	体力活动方式	能量消耗（kcal）
	静卧、静坐、睡觉、躺着或斜卧着看电视、看书、写字、电话聊天	0.9
安静	静站，坐着看书报	1.2
（不活动）	坐着聊天，玩牌	1.4
	坐着上课、学习、站着聊天、看书	1.8
步行	缓慢步行	2.86
	110~120步/分钟	4.58
乘车	坐车	1.6
登山	5度坡度	6.42
	7度坡度	14.52

跑步	跑走结合（跑步不超过10分钟）	5.9
（km/h）	一般慢跑	6.9
	8	7.8
	9.6	10.0
	10.8	10.9
	12	12.4
	13.8	14.0
	16.1	15.9
	17.5	17.8
羽毛球	一般单、双打	4.5
排球	一般	3.1
	中等	5.01
篮球	投篮	4.5
	普通	5.9
足球	一般	7.86
	比赛	9.0
乒乓球	——	4.0
上楼	一般负重	9.0
下楼	——	3.1
游泳	踩水、中等用力、一般	4.0

	自由式、慢、中等或轻度	7.8
	蛙式、一般速度	10.0
自行车	<16，一般，休闲，上班，娱乐	4.0
（km/h）	16~19，轻度用力	5.9
	19.1~22.4，休闲，中度用力	7.8
	22.5~25.5，比赛或休闲，快，重度用力	10.0
	25.6~30.5，很快，一般比赛	11.9
	>30.5，比赛	15.9
家务劳动	洗、叠、挂衣服、整理床铺等	1.9
	洗碗、熨衣服等	2.1
	清扫房间，做饭	2.4
	擦窗户，拖地	4.5
	移动家具	5.9

（引自：Ainsworth BE. Haskell WL,1993）


（三）食物热效应

摄入的食物能为人体提供能量，但是摄入这些食物本身也出现能量消耗额外增加的现象。由于机体摄入食物而引起机体能量代谢的额外增高称为食物热效应（thermic effect of food, TEF），过去称为食物的特殊动力作用（specific dynamic action, SDA）。例如，进食碳水化合物可使能量消耗增加5%~6%，进食脂肪可增加4%~5%，而进食蛋白质可使能量消耗增加30%~40%。一般混合膳食所引起的能量额外消耗为150~200kcal，相当于总能量的10%。食物热效应只能增加体热的外散，而不能增加可利用的能；换言之，食物热效应对于人体是一种损耗而不是一种收益。当只够维持基础代谢食物摄入后，消耗的能量多于摄入的能量，外散的热多于食物摄入的热，此项额外的能量却不是无中生有的，而是来源于体内的营养储备。因此，为了保存体内的营养储备，进食时必须考虑食物热效应额外消耗的能量，使摄入的能量与消耗的能量保持平衡；相反，为了增加机体的能量消耗，达到减脂的目的，除控制膳食中总的能量摄入外，可适当增加膳食中蛋白质的供能比例，以增加食物热效应所消耗的能量。


（四）生长发育中影响能量消耗的其他因素

处于生长发育中的儿童，一天的能量消耗还应包括生长发育所需要的能量。新生儿按公斤体重计算时，相对比成人的消耗多2~3倍的热量。3~6个月的婴儿，每天有15%~23%所摄入的热能被机体用于生长发育的需要而保留在体内。机体能量消耗除受上述影响基础代谢的几种因素影响外，还受情绪和精神状态影响。脑的重量仅占体重的2%，但脑组织的代谢水平却是很高的。例如，精神紧张的工作可使大脑的活动加剧，能量代谢可增加3%~4%。当然，于体力劳动比较，脑力劳动的消耗仍然相对较少。


四、能量需要量

人体能量代谢的最佳状态是达到能量消耗与能量摄入的平衡，这种能量平衡（energy balance）能使机体保持健康并能胜任必要的社会活动。能量代谢失调，即能量缺乏或过剩都对身体健康不利。在营养上，需要和供给是两个相联系而又相区别的概念，前者指维持机体正常生理功能所需要的数量，低于这个数量将会对机体产生不利的影响；而后者则是在已知需要量的前提下，考虑到人群中的个体差异和照顾群体的绝大多数所设置的一个安全量。因此，供给量的数值往往比需要量高，随着研究的进展，供给量往往要作相应的修订。

迄今为止，直接测定成年人在自由活动情况下的能量消耗量仍十分困难。由于基础代谢所消耗的能量占总能量消耗的60%~70%，所以它是估算成年人能量需要量的重要基础。世界卫生组织（1985）、美国（1989）、日本（1990）修订推荐摄入量时均采用了“要因加算法”（factorial approach）估算成年人的能量需要量，即以基础代谢率乘以体力活动水平（physical activitiy level, PAL）计算人体的能量消耗量或需要量。其公式为：能量需要量=BMR x PAL。

成年人的体力活动水平受劳动强度的影响，不同劳动强度的体力活动水平值见表1-5.

表1-5 不同活动强度的体力活动水平值
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体力活动水平（PAL）
活动水平 活动内容举例 ——————————
男 女
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轻 办公室工作、修理电器钟表、售货员、酒店 1.55 1.56
服务员、化学实验操作、讲课等
中 学生日常活动、机动车驾驶、电工安装、 1.78 1.64
车床操作、金工切割等
重 非机械化农业劳动、炼钢、舞蹈、体育运动 2.10 1.82
装卸、采矿等
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（引自：中国营养学会， 2001）


每个人因为年龄、性别、体力活动强度、生理状态不同，能量需求也不同。根据中国营养学会的推荐，从事极轻劳动的成年人的能量需求为37~40kcal/(kg.d)；从事轻劳动的成年人则需要41~43kcal/(kg.d)；较重的体力劳动者，此值要增加到50以上。对于有特殊健身目的的人群，有资料推荐增肌人群的能量需求为44~52kcal/(kg.d)，减肥人群可以控制在约30kcal/(kg.d)。以一位70公斤的运动员为例，增肌期每公斤体重约需要50kcal的热量，一天大约需要摄入3500kcal的热量。

第二节  运动与碳水化合物


一、碳水化合物的概念

    碳水化合物又称为糖，它是自然界三大基础功能物质之一，也是大脑、肌肉活动的主要能量来源。富含糖类的食物几乎都源于植物，源于动物的此类食物只有牛奶。根据碳水化合物化学分子结构的大小和在水中的溶解度不同，可分为糖、寡糖和多糖三类，见表1-6。


表 1-6 碳水化合物的分类
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分类（糖分子DP）         亚组                                    组成
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糖（1~2）                  单糖                     葡萄糖、半乳糖、果糖
                                双糖                     蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖
寡糖（3~9）               糖酵                     山梨醇、甘露糖酵
                                异麦芽低聚寡糖       麦芽糊精
                                其他寡糖               低聚果糖、棉子糖、水苏糖
多糖（>=10）             淀粉                     直链淀粉、支链淀粉、变形淀粉
                                非淀粉多糖             纤维素、半纤维素、果胶、亲水胶质物
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                                                             （引自：FAO/WHO, 1998）


二、碳水化合物与血糖指数

    血糖是指人体血中的葡萄糖，其空腹正常值为4.44~6.66mmol/L，血糖总量约为5克，占人体糖储备量的1%左右。血糖指数（glycemic index, GI）是反映一个食物引起人体血糖升高程度的指标。按空腹状态下进食50克被试食物后血葡萄糖曲线内增加的面积与等量参考食物对比进行计算，是食物经过消化吸收引起血液葡萄糖变化的真实反映。血糖指数越高，则这种食物升高血糖的效应越强。表1-7列出了常见含糖食物的血糖指数。

表1-7  含糖食物血糖指数举例
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                      食物                   血糖指数             食物                        血糖指数
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高血糖指数     葡萄糖                   100                   土豆糊                      83
（GI>70）    烤土豆                    85                    玉米薄片饼                 84
                   豆冻                      80                     椰子汽水                   77
                   蜂蜜                      73                     西瓜                         72
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中血糖指数    全麦面包                 69                     什锦食品                    68
（GI:55~70）软饮料                   68                     燕麦制品                    66
                  葛粉饼干                 66                     蔗糖                          65
                  冰淇淋                    61                     白米饭                       59
                  橘汁                       57                     芒果                          55
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低血糖指数    熟香蕉                    52                     水与牛奶煮成的麦片       49
（GI<55）   混合谷类面包            45                     半熟米饭                     47
                 巧克力                     49                     橘子                           43
                 烤豆                        40                     苹果                           36
                 加味酸奶                  33                     菜豆                           27
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    食物血糖指数>70为高血糖指数食物，它们进入胃肠后消化快，吸收率高，能被迅速吸收进入血液，血糖峰值高，但下降速度也快；血糖指数<55的食物为低血糖指数食物，它们在胃肠中停留时间长，吸收率低，吸收进入血液后峰值低，下降速度较慢，引起餐后血糖反应小。一般来说，豆类、乳类是低或较低血糖指数的食物；蔬菜、特别是叶和茎类蔬菜是低血糖指数食物，因为其碳水化合物的含量不超过6%，而且富含膳食纤维，所以对血糖影响小；谷类、薯类、水果常因品种和加工方式不同而引起血糖指数发生变化。




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三、碳水化合物在体内的利用与调节

（一）葡萄糖分解提供能量

    糖的分解代谢途径主要有三条：
    * 在无氧条件下，葡萄糖或糖原经糖酵解过程生成乳酸，这一过程与酵母菌内葡萄糖“发酵”生成乙醇的过程相似，因而也称为“糖酵解”。
    * 在有氧条件下，葡萄糖或糖原经三羧酸循环，最终彻底被氧化生成二氧化碳和水，这个过程称为糖的有氧氧化。
    * 葡萄糖经磷酸戊糖途径被氧化为水和二氧化碳。

（二）糖原的合成与分解

    血糖在进餐之后上升，引起血浆胰岛素浓度升高，加速组织摄取多余的葡萄糖，肝脏和肌肉可以分别将其以肝糖原和肌糖原的形式储存起来，这一过程称为糖原的合成作用。肝糖原可在肝脏分解为葡萄糖，这一过程称为糖原的分解作用。糖原的合成和分解作用在维持血糖相对恒定方面具有重要作用。当机体血糖浓度过低时，人会感到眩晕和虚弱，此时肝糖原分解补充血糖；反之，当机体饱餐后，消化吸收的葡萄糖大量进入血循环，血糖趋于升高，这时机体将过多的血糖部分在肝脏中转化为肝糖原或蛋白质，部分进入肌肉转变为肌糖原。

    糖是人体运动时的重要能源物质。运动中可利用的糖储备有肌糖原、血糖和肝糖原。运动中需要动用糖代谢供能时，首先动用的是肌糖原；随着运动的继续、肌糖原储量的减少，肌肉开始摄取血糖；随着血糖利用量的增加，肝糖原开始释放入血，补充及维持血糖浓度的稳定，保持机体的运动能力。

1. 肌糖原

    肌糖原占人体糖储量的70%。人体在休息状态下，基本不利用肌糖原分解来获得能量，只有在运动时，肌糖原才开始动用以提供能量。肌糖原的利用速率与运动强度、持续时间、肌纤维类型、运动方式、饮食和环境等有关。

（1）运动方式和运动强度、持续时间的影响

    从事各种体育项目的运动时，直接参与运动的肌群不同，运动时肌肉的糖原利用速率也不相同。如2小时的长跑，腓肠肌和比目鱼肌的糖原消耗比股外侧肌多。所以不同的运动方式，可以引起特定肌群内糖原的动用，相伴出现局部肌糖原消耗和疲劳。

    60%~85%最大摄氧量强度长时间运动时，最初阶段肌糖原的利用速度最快，持续阶段时利用率减慢，最后阶段随着糖储量的减少，利用率降至最低。不同强度运动至力竭时，持续的时间不一样，肌糖原的消耗也不同，以75%最大摄氧量进行力竭运动时，肌糖原消耗最大。随着运动强度增大，肌糖原动用率相应增大。当以20%~30%最大摄氧量强度步行时，肌糖原很少被分解，在接近最大摄氧量强度运动时，肌糖原分解极其迅速。

（2）饮食的影响

    在运动前30分钟或运动间歇适量摄入糖（如运动饮料），可促进运动肌吸收和利用血糖，降低内源性糖储备的消耗，缓解疲劳的产生，让运动的效果更好。此外环境因素，如气温等都能对糖的利用产生一定的影响。

2、血糖与肝糖原

    在长时间的有氧运动中，单靠肌糖原的供能是不够的，肌肉必须吸收和利用肌外燃料——血糖、肝糖原和血浆游离脂肪酸。

    血糖是中枢神经系统的基本燃料，也是长时间运动时运动肌的重要肌外燃料。运动时，骨骼肌吸收和利用血糖数量的多少与运动强度、持续时间及运动前肌糖原的储量有关。在运动初期，骨骼肌不吸收血糖，随着时间延长，运动肌摄取利用血糖的量逐渐增加，肝脏内肝糖原分解释放入血，以维持血糖浓度的恒定；运动后期运动肌吸收利用血糖减少，这是因肝糖原接近耗尽导致血糖水平下降的结果。

    总之，肌糖原是高、中等强度运动的主要供能物质。血糖是肝糖原转运到外周的媒介，有以下作用：（1）参与肌肉收缩的能量供应；（2）是中枢神经系统的主要供能物质。肝糖原的主要作用是补充血糖的消耗，以维持血糖水平。

（三）运动时碳水化合物的作用（图1-1）






    糖是机体内主要的能源物质，是机体生存的主要燃料；对于某些重要的生命器官，如脑组织则是更主要的能源物质；同时，糖还参与组成细胞的结构成分。对于运动的机体来讲，糖具有如下的功能：

1. 糖可以提供运动所需要的能量

    糖是机体最重要、最优秀的供能物质，凡短时间强度运动时的能量绝大部分由糖供给。当以90%~95%最大摄氧量以上强度运动时（无氧运动），糖供能占95%左右；而长时间小强度运动时，也首先利用糖氧化供给能量，可利用的糖耗竭时，才动用脂肪或蛋白质；糖是中等强度运动的主要燃料。任何运动开始、加速时，都需要由糖代谢提供能量。运动中肌肉摄取的糖量可为安静时的20倍或更多；糖最容易氧化且氧化完全，代谢终产物为二氧化碳和水，不会增加体液的酸度；糖氧化时耗氧量少，和脂肪比较，在消耗等量养的条件下，糖的产能效率比脂肪高4.5%，这一优点在氧不足的情况下更为重要；糖还是三大产能营养素中唯一既能进行无氧氧化，又能进行有氧氧化的能源物质。糖既能在无氧的条件下在细胞液中进行酵解供能，也能在有氧的条件下在细胞液和线粒体内彻底氧化，从而可以在不同运动状态下为肌肉提供能量。

    糖被强调为运动员的主要食物，因它有助于运动员发挥最佳的运动能力，对于健身人群来说，糖也是最重要的能量来源。在进行体力活动前2小时，吃一顿大约300kcal能量的含复合糖类食物，并多饮用一些水，这顿加餐将能够平稳地提供葡萄糖而不必动用糖原，饮料有利于保持水分。

2. 糖是中枢神经系统的主要燃料

    不同组织对糖的依存性有所不同。大脑存在血脑屏障，且缺乏储存的能量物质，糖的储量仅有2克左右，所以大脑主要依靠血糖在脑中氧化获得能量，以维持其正常生理功能。因而当血糖浓度降低时，首先影响中枢神经系统的机能，产生疲劳或头晕等现象，导致运动能力的降低。

3. 糖具有节约蛋白质的作用

    正常生理条件下，蛋白质主要起着维持和修复组织以及满足机体生长的需要，参与供能的比例很少。但是，如果体内糖储量下降，则需要蛋白质参与氧化供能和合成葡萄糖。人体应当补充充分的葡萄糖，以免机体动用蛋白质作为能源，即糖类的蛋白质节省作用（protein-sparing action）。一般体重的人，每天至少要食用100克左右的糖类才能够真正做到节省体内的蛋白质和避免动员脂肪降解为丙酮酸供能。

    在长时间的健身过程中，尤其在长时间的有氧运动中，蛋白质的供能作用更为突出。但随之就会引起体内蛋白质降解增多，导致肌肉蛋白质的数量暂时减少。因此，对于健身人群来说，摄入合适的糖、保持充足的糖储量，有助于组织蛋白质数量的保持和机能的发挥。

4. 糖能加快运动后体力的恢复进程

    运动过程中，机体大量消耗糖，在运动后尽快地服用含糖丰富的食品或运动饮料，可以明显缩短机体恢复期，加快体力恢复。一般当运动者开始锻炼时，就应补充将要失去的体液。在通常的环境情况下，若小于2小时的活动，补充含有大量糖的饮料可能对有体重限制的运动着会适得其反；但对于高温环境、几日持续大强度训练等特殊情况，饮料中的糖将会补充运动者糖原储备，使运动更持久。

5. 运动中补糖有利于稳定免疫力

    运动中补糖可以使血糖浓度保持良好水平，减少应激激素的分泌，有利于免疫力的稳定。血糖下降与“下丘脑-垂体-肾上腺”活化有关，而补充糖可使皮质醇和生长激素分泌减少，粒细胞、单核细胞吞噬作用及抗炎的细胞介质反应等都表明生理应激程度减轻；同时因为有充足的糖原，可以减少血液中免疫蛋白和谷氨酰胺等氨基酸的消耗。

6. 糖可调节脂肪代谢

    脂肪分解代谢时，其中间产物必须与糖有氧氧化的中间产物草酰乙酸结合才能进入有氧代谢途径而彻底氧化，故脂肪在体内完全氧化必须有糖代谢参与。如果因长时间运动所致使糖储量下降时，则脂肪代谢的中间产物酮体必然会，导致血酮体浓度升高，体液酸化，影响运动能力。膳食中充足的碳水化合物可以防止上述现象的发生，因此称为碳水化合物的抗生酮作用（antiketo-genesis）。长时间运动过程中提倡合理补充含糖的运动饮料。


（四）糖异生

    由非碳水化合物转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生，非碳水化合物主要是乳酸、丙酮酸、甘油、丙酸盐及生糖氨基酸。糖异生的主要场所是肝脏，它具有重要的生理意义。

1. 糖异生保持饥饿时血糖相对稳定

    饥饿时，血糖趋于下降，此时除了肝糖原大量分解外，糖异生作用开始加强。当肝糖原耗竭时，机体组织蛋白质分解而来的大量氨基酸以及由体脂分解而来的甘油等非糖物质加速转变成为葡萄糖，使血糖保持相对稳定。这对于主要以来葡萄糖供能的组织维持其生理功能十分重要，如人体大脑、肾髓质、血细胞、视网膜等。

2. 运动时糖异生的作用

    当人体剧烈运动时，肌肉经糖酵解作用生成大量的乳酸，通过骨骼肌细胞扩散至血液，并被运送到肝脏。经过肝中强大的糖异生作用，乳酸转变为葡萄糖又返回肌肉供肌肉糖酵解产生能量。如果糖异生途径障碍，则乳酸利用受限，可使人体运动能力明显下降。

    短时间大强度运动时，糖异生作用不明显。长时间持续运动的前40分钟内，糖异生速率变化不大；长时间中等强度运动中，随着肝糖原储量的下降以及糖异生基质的血浆浓度逐渐升高，糖异生供糖的相对比值可上升到40%~45%，绝对代谢速率提高2~3倍。当肝糖原趋于耗竭时，血糖的来源几乎全部为糖异生过程提供。

    长时间运动中，糖异生基质的成分和相对作用不断变化：（1）40分钟以内的运动，动用的基质主要是乳酸，且运动强度愈大，乳酸的底物作用愈大；（2）运动40分钟左右，生糖氨基酸的糖异生作用可达最大值，其中以丙氨酸最为重要，葡萄糖-丙氨酸循环成为肌肉-肝脏糖代谢的重要桥梁；（3）长时间运动后期，甘油糖异生作用的重要性随脂肪供能的增加而加大，利用量可以增大10倍。

3. 糖异生有利于肾脏排H+保Na+

    长期禁食或糖尿病晚期可出现代谢性酸中毒，使血液pH值降低，促使肾小管细胞中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成加速，从而促使了糖异生作用，由此可引起谷氨酰胺脱氨。脱下的氨由肾小管细胞分泌进入官腔的肾小球滤液中，与H+结合形成NH4+，随尿排出，从而降低了肾小球滤液中的H+浓度，同时替回了Na+，如此则有助于缓解酸中毒。


四、碳水化合物的需要量及膳食参考摄入量

    膳食中没有糖时，可造成膳食蛋白质的浪费和组织中蛋白质的分解加速，以及阳离子（如钠）的丢失和脱水。糖摄入过于缺乏时，甘油三酯分解与脂肪酸氧化作用均加强，因此酮体积聚，对身体不利。糖不象脂肪和蛋白质一样过多将引起不良反应，从各种来源获得的糖即使摄入量很高，也不会引起一些慢性病如肥胖等的发生。所以，为保持膳食摄入平衡，现在提倡要限制脂肪，甚至蛋白质的摄入量。对于运动人群而言，糖是最重要、最优秀的能量来源，糖的合理补充对运动人群至关重要，运动形式不同对糖的需要量也不同。

    人体对碳水化合物的需要量，常以可提供能量的百分比来表示。由于体内其他营养素可转变为碳水化合物，因此其需要量尚难确定。1998年中国营养学会曾建议，我国健康人群的碳水化合物供给量为总能量摄入的60%~70%。根据目前我国膳食碳水化合物的实际摄入量和FAO/WHO（联合国粮食及农业组织/世界卫生组织）的建议，中国营养学会于2000年制定的《中国居民膳食营养素参考摄入量》中推荐碳水化合物摄入量（AI）为占总能量的55%~65%，对碳水化合物的来源也作出要求，即应包括复合碳水化合物淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等碳水化合物；限制纯能量食物如糖的摄入量，提倡摄入营养素/能量密度高的食物，以保障人体能量与营养素的需要及改善胃肠道环境和预防龋齿的需要。


五、运动人群碳水化合物需要量

    运动员摄取平衡的混合膳食中碳水化合物的供给量，按其发热量计算为总能量的60%左右；欧美国家一般推荐至少应摄取50%~55%总能量的糖（美国国家健康与医学研究委员会，1992）。有些权威机构建议长时间运动时应增加糖的摄入量为总能量的65%，大强度耐力运动的碳水化合物供给量应为总能量的60%~70%，中等强度时为50%~60%，无氧运动时为65%~70%，但精制糖（单、双糖）的摄入量不要超过总能量的10%为宜。


六、碳水化合物的食物来源

    膳食中淀粉的来源主要是谷类和薯类食物。粮谷类一般含碳水化合物60%~80%，薯类中含量为15%~29%，常见食物中糖的含量见表1-8.单糖和双糖的来源主要是蔗糖、糖果、精制糕点、甜味水果、含糖饮料和蜂蜜等。葡萄糖吸收最快，果糖引起的胰岛素分泌作用较小，二者适宜联合使用；低聚糖具有渗透压低、甜度小、吸收快等特点，非常适宜健身运动中使用。

表1-8 常见食物中糖的含量（以湿重计算）
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  食物                       百分含量（%）
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蔗糖                        100
大米、面粉                65~78
水果                         5~14
蔬菜                         2~3
牛乳                         2~5
猪肝                         2~3
蛋、肉、鱼类              0~1
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    糖的另一来源就是服用运动饮料，运动饮料含有合理的糖配比。对于参加健身的人来说，糖的摄入量更需要达到上面的要求，甚至还要多一些。而很多健身者往往达不到合理的摄入量，因此，这时候可以服用运动饮料来弥补糖的摄入不足，增加体力，以获得更好的健身效果。



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