人体能源物质是怎样利用的？

史仍飞/文 

今天我们关注运动、营养、减肥和健康时，总是躲不开的关键词是能量（卡路里）。能量对于我们是那么重要，可又是那么遥远。遥远的是不知道人体各器官是如何储存和消耗能源物质？不知道在运动时，是先利用糖，还是脂肪作为燃料。嗯，这也不能怪我们，毕竟生物细胞已经存在几十亿岁了，而我们的科学认知才只有有限的年月，甚至可以忽略。

人同其它机动车辆一样，只要工作就要消耗能源物质；人又不同于机动车，所需的能源不是单一的品种，而是从每天的不同食物中汲取里面的糖、脂肪、蛋白质等能源物质，然后由这些能源物质再转变合成ATP（三磷酸腺苷），从而满足一切生理活动的需要。

人体能源物质如何储存的？

人体生命过程所需要的能量主要来自每天所吃的食物，经过一系列的代谢储存在人体内满足生命活动的需要。分别是磷酸肌酸、糖原、脂肪、氨基酸等能源物质。其中磷酸肌酸主要储存在肌细胞中，相对含量很少，仅能维持极短的时间。储存量相对较多的是糖，主要以肌糖原、肝糖原的形式，包括循环系统中的葡萄糖 ，合计在一起也只有500g左右。就是这部分储存的糖对于我们的健康非常重要，它是最有效的能源物质，缺氧的时间咱们可以利用它供能，在有氧的时间我们也可以利用它提供能量。唯一不利的是储量仍不是太多，这可能造物主就是这样设计的。就像磷酸肌酸一样，若储存多了就会增加肌肉质量；当积累较多的糖原时，机体会进一步集聚更多的水分，最终都会导致体重的增加，不利于运动的速度等素质。

储存最多的能源物质是脂肪，主要分布于皮下脂肪组织、内脏周围，脂肪储存的多寡受个体遗传、生活方式、体力活动、膳食营养等因素的影响。但脂肪只能在有氧情况下提供能量。

蛋白质可以提供能量，但人体内并没有多余的以能源物质形式储存的蛋白质。

 卡路里究竟是何物？

卡路里（calorie），简称卡，缩写为cal，由英文音译而来,是一种热量单位。其定义为在1个大气压下，将1克水提升1摄氏度所需要的热量；卡路里被广泛使用在营养计量和健身手册上，国际标准的能量单位是焦耳（joule）。

关于能量及能源物质，我们大众最熟悉的概念就是卡路里。能源物质糖、脂肪、蛋白质在氧化分解生成的能量（卡路里），其中一部分能量在体内转变成高能化合物三磷酸腺苷（ATP)，是生物释放，储存和利用能量的媒介，是生物界直接的供能物质；另一部分能量以热量的形式散失（维持体温、或是通过不同途径散失掉，如汗液）。如果这部分不做功的能量能用于转化成电能该多好呀，比如发明一个人体生化充电电池之类，其价值可能是不可估量的。

不同生活状况下能量是如何利用的？

安静状态下，人类进化到今天，机体主要是以有氧代谢的方式提供能量，但由于不同器官及功能的适应，有些组织细胞仍然通过无氧代谢方式维持供能，比如红细胞。

不同器官利用的能源物质略有差异。正常情况下，人体大脑占基础代谢率的20%；这一代谢系统几乎完全依赖葡萄糖的有氧代谢，但在饥饿缺糖的情况下，也会利用脂肪酸代谢的酮体作能源物质。而心脏优先燃烧脂肪酸、乳酸和葡萄糖，甚至可以利用一些氨基酸。

哺乳动物快肌纤维主要以葡萄糖（或糖原）为能源物质，以无氧糖酵解供能，有氧氧化代谢率相对较低；相反，氧化型慢肌纤维则优先代谢脂肪酸，但也可以利用葡萄糖。

运动状况下，机体的代谢围绕骨骼肌的供能产生适应性变化，此阶段代谢率根据运动负荷的可提高至20倍左右，而消化系统及内脏器官代谢率也会相对下降。下表数据为剧烈运动与安静状态下，不同器官相对氧消耗率。

作为主要能源物质的糖和脂肪能用多久？

糖原似乎是高强度有氧运动的最佳燃料，但由于储量有限，这一过程的持续时间也有限，研究认为体内的肌糖原只能满足高强度有氧运动的时间为20~30分钟，理论上体内的糖可满足有氧运动1.5小时左右；而脂肪作为能源物质，还没有发现运动中脂肪被消耗殆尽的情况，也就是说可以持续无限长的时间（在脂肪没有耗尽之前，人可能早已经因为脱水、体温升高等因素而力竭了）。

而在持续两到三个小时或更长时间的运动中，如何调节糖和脂肪的供能比例，对于提高运动能力尤其重要。比如马拉松比赛项目。

如何知晓机体供能的物质来源，需要了解一个概念，呼吸商（指生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比）。对于运动中利用能源物质有重要的意义，当糖分解时，呼吸商为1，当脂肪分解时，呼吸商为0.7。如何最大程度提高成绩，就要充分利用糖原，并调动脂肪的供能。当呼吸商（RQ）值约为0.9，表明约65%的O2消耗是由糖原氧化引起的，而其余的主要是脂肪酸代谢。事实上，这一比率可能会随着运动时间的延长而不断下降，表明有氧工作时间越长，脂肪代谢对整体能量生产的贡献就越大。

肌肉选择何种能源物质，主要依赖于机体的供氧情况，当氧供应充足时，骨骼肌（慢肌）主要利用脂肪酸提供能量，而氧相对缺乏时，糖利用会增加。在运动减脂的过程中，机体不是先把糖消耗完，再利用脂肪的，而是看不同器官的代谢特点，以及相对的供氧情况。

在前述也讲到，人体的细胞比我们人本身要聪明的多，它知道该如何更经济地选择能源物质，也会随着我们机体运动能力的改善而调整能源物质的利用。 如当身体熟悉了一种运动，便会适应，运动所需的体能消耗也会逐渐减少。这样的情况下，消耗少了减肥效果自然降低。经常转换运动类型，可避免身体因习惯而“偷懒”，以达到最佳的运动效果。

在减肥面前，我们还有希望吗？

现今的生活中，食品工业化仍在无限的扩张，获取高热能的食物比以往任何年代都容易的多；另一方面，高科技、人工智能等在持续性剥夺我们的体力活动。更为天真的是，我们总是高估了运动中的能量消耗，而低估了食物中的卡路里。

今天想抗拒舌尖上的美食、饕餮大餐的诱惑并不那么容易，还有普遍少动、静态的工作生活方式又让肥胖问题雪上加霜。

主要参考文献

1.  PETER W. HOCHACHKA，GEORGE N. SOMERO. Biochemical Adaptation. Princeton University Press,Princeton, New Jersey 1984.

2.  史仍飞，孙鹏，冯钰主编，人体代谢与运动营养[M]  人民体育出版社，北京，2018.