机体的物质代谢包括合成代谢和分解代谢两个方面。合成代谢是指机体利用从外界摄取的营养物质及分解代谢的部分产物构筑和更新自身组织,并将能量储存在生物分子的结构中。分解代谢是指机体分解摄入的营养物质及自身的组成成分,并释放能量用于各种功能活动和维持体温。可见,机体的新陈代谢既有物质的转变，又有能量的转化。通常将生物体内物质代谢过程中伴随发生的能量的释放、转移、储存和利用称为能量代谢( energy metabolism)。
（一）能量的来源
人体在生命活动过程中不断消耗ATP,同时营养物质氧化分解释放的能量又将ADP磷酸化重新生成ATP ,形成ATP循环。可见在体内ATP既是直接的供能物质,又是能量储存的重要形式。
除ATP以外,体内还有其他的高能化合物,如磷酸肌酸( creatine phosphate ,CP)等。CP 主要存在于肌肉和脑组织中,当物质氧化分解释放的能量过剩时,ATP将高能磷酸键转给肌酸,在肌酸激酶催化下合成CP;反之,当组织消耗ATP增多,超过营养物质氧化生成ATP的速度时,CP的高能磷酸键又可快速转给ADP,生成ATP,以补充ATP的消耗。因此,可以认为CP是体内ATP的储存库。ATP还可以通过高能磷酸基团的转移生成UTP、CTP、CTP,这些高能化合物为糖原、磷脂、蛋白质合成提供能量。总之,从机体能量代谢的整个过程来看,ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。
(1)糖:糖(carbohyrate)的主要生理功能是供给机体生命活动所需要的能量。一般情况下,人体所需能量的50%~70%由糖的氧化分解供能。食物中的糖经过消化被分解为单糖,主要为葡萄糖，经过小肠黏膜细胞特定的葡萄糖转运体以继发性主动转运的方式吸收入体内。糖在体内的分解代谢途径可因供氧情况的不同而有所不同。在氧供充足的情况下,葡萄糖进行有氧氧化,生成CO₂和水。
1mol葡萄糖完全氧化所释放的能量可合成30~32molATP。在缺氧的情况下,葡萄糖进行无氧氧化，生成乳酸,1mol葡萄糖经无氧氧化只能合成2mol ATP。大多数组织细胞通常有足够的氧供，因此,糖的分解供能以有氧氧化为主。虽然糖的无氧氧化只能释放少量能量,但在人体处于缺氧状态时极为重要,因为这是人体内能源物质唯一不需氧的供能途径。如当人进行剧烈运动时,骨骼肌的耗氧量剧增,由于循环呼吸功能活动的加强是渐进过程,机体摄O₂的速度暂时不及骨骼肌代谢所需的实际耗氧量,通常将这部分亏欠的O₂量称为氧债( oxygen debt) ,在这种情况下是通过葡萄糖无氧氧化及动用储备在磷酸肌酸分子中的高能键来提供能量。在骨骼肌活动停止后的一段时间内,循环、 呼吸活动仍维持在较高水平,摄取较多的O₂以偿还氧债,补充能量的储备。人体内某些细胞(如成熟红细胞)由于缺乏有氧氧化的酶系,也主要依靠糖的无氧氧化来供能。通常情况下脑组织则主要依赖葡萄糖的有氧氧化供能，,当发生低血糖或缺氧时,可引起脑功能活动的障碍,出现头晕等症状,重者可发生抽搐甚至昏迷。
糖原(glycogen)是葡萄糖的多聚体,是糖在体内的储存形式,主要储存在肝和肌肉组织中。肝糖原分解时可生成葡糖-6-磷酸,在葡糖-6磷酸酶作用下水解生成葡萄糖,因此,肝糖原在维持机体血糖浓度的相对稳定中起重要作用。当空腹血糖依度降低时,肝糖原可转变为葡萄糖,使血糖浓度升高到正常水平;反之,当血糖浓度升高时,糖在肝脏中合成肝糖原储存起来,使血糖浓度下降到正常水平。
由于肌肉组织中不含葡糖-6-磷酸酶,生成的葡糖-6磷酸不能直接转变为葡萄糖,而是进入糖的无氧氧化途径,为肌肉收缩活动提供能量。此外,机体还可以通过糖异生将非糖物质如乳酸、甘油、生糖氨基酸等转变成葡萄糖或糖原,这有利于在营养物质补充不足的情况下维持血糖水平。因此,一般情况下机体饥饿24~48小时仍可以糖氧化供能为主。
(2)脂肪:脂肪在体内的主要功能是储存和供给能量。体内储存的脂肪量较多,约占体重的20% ,一般情况下机体所消耗的能源有30%~50%来自脂肪。食物中的脂肪经胆汁乳化及脂肪酶的分解作用后在小肠吸收。当机体需要时,储存的脂肪首先在脂肪酶的催化下分解为甘油和脂肪酸。甘油主要在肝脏被利用,经过磷酸化和脱氢而进入糖的氧化分解途径供能,或转变为糖。
脂肪酸的氧化分解可在心、肝、骨骼肌等许多组织细胞内进行。脂肪酸与辅酶A结合后，经过β-氧化,逐步分解为乙酰辅酶A而进入糖的氧化途径。此外,脂肪酸代谢的中间产物酮体也是肝脏输出能源的一种形式，由于酮体分子小且溶于水,易于透过血-脑屏障,在糖供应不足时酮体是脑组织的主要能源物质,用以维持脑组织的功能活动。然而,当肝脏酮体生成量超过肝外组织的利用能力时,则可导致酮症酸中毒,对机体造成严重的危害。脂肪氧化时产能较多,在体内每克脂肪氧化所释放的能量约为糖的2倍,通常成年人储存的脂肪所提供的能量可供机体使用10余天至2个月之久。
(3)蛋白质:蛋白质( protein)的基本组成单位是氨基酸。不论是由肠道吸收的氨基酸,还是由机体自身蛋白质分解所产生的氨基酸,都主要用于重新合成细胞的构成成分,以实现组织的自我更新;或用于合成酶、激素等生物活性物质。为机体提供能量则是氨基酸的次要功能。只有在某些特殊情况下,如长期不能进食或体力极度消耗时,机体才依靠蛋白质分解供能,以维持基本的生理功能活动。
氨基酸主要在肝脏代谢,脱氨基后生成的α-酮酸可以转变成乙酰辅酶A及其他柠檬酸循环的中间产物而进入柠檬酸循环,也可转变成糖脂类或再合成某些非必需氨基酸。氨基可重新被利用合成氨基酸、核酸,或以尿素、尿酸等形式主要经由肾脏排出体外。由于蛋白质在体内的氧化分解不完全,因而所释放的能量低于在体外燃烧时释放的能量。
（二）能量的利用
各种营养物质在体内氧化分解过程中释放能量,其中50%以上直接转化为热能,其余部分则以化学能的形式储存于ATP等高能化合物的高能键中,供机体用于进行各种生理功能活动,包括基础代谢、运动或各种活动、食物的特殊动力效应(见后述)及生长发育等过程的能量消耗。在进行物质的跨膜主动转运,产生生物电活动,腺体的分泌、递质的释放以及肌肉的收缩和舒张等过程中,除骨骼肌收缩做一定量的机械功(简称外功)外,其他所利用的能量最终都将转变为热能,产生的热能除用于维持体温,主要由体表散发到外界环境中去,较少部分通过呼出气、排泄物等被带出体外。
（三）能量平衡
人体的能量平衡是指摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。若在一段时间内体重保持不变,可认为此时人体的能量达到了“收支”平衡,即这段时间内摄入的能量与消耗的能量基本相等。若摄入食物的能量少于消耗的能量,机体即动用储存的能源物质,因而出现体重减少,称为能量的负平衡;反之,若摄入的能量多于消耗的能量,多余的能量则转变为脂肪组织等，因而体重增加,称为能量的正平衡。过度消瘦会使机体抵抗各种不利因素刺激的能力降低;而肥胖则可引发多种疾病,如心脑血管疾病、高脂血症、糖尿病等。因此,在日常生活中,人们应根据自身的实际生理状况、活动强度等调整营养物质的摄入量,使机体保持在有利于健康的能量代谢水平。在临床上常用体质指数和腰围作为判断肥胖的简易诊断指标。体质指数( body mass index)是指体重(kg)除以身高(m)的平方所得之商,体质指数过大主要反映全身性超重和肥胖。在我国,成人体质指数为24可视为超重界限、28为肥胖界限。
作者: 曹宇 源自:医学入门
