Human nutrition

学习笔记：B7 人类营养 (Co-ordinated Sciences 0654)

你好，未来的科学家们！本章将带你了解身体如何摄取、处理和利用食物。营养是生命的基础，它为你奔跑、学习和生长提供能量。现在，让我们一起踏上食物在人体内的奇妙旅程吧！

B7.1 均衡饮食的重要性

什么是均衡饮食？

均衡饮食（Balanced diet）是指提供维持健康所需的所有必要营养素，且分量和比例恰当的饮食。可以把它想象成给汽车做保养——它需要精确比例的燃料、机油和冷却液才能完美运行。

如果你的饮食不均衡（某些营养素摄入过多或过少），就可能导致营养不良（malnutrition）。

主要的膳食来源及其重要性（七大营养素）

我们将营养素分为七大类。你需要了解它们的主要来源以及它们为何至关重要：

1. 碳水化合物（Carbohydrates）

• 来源： 谷物（大米、小麦）、土豆、面包、面食、糖。
• 重要性： 身体主要的能量来源（呼吸作用的燃料）。

2. 脂肪和油（Fats and Oils / Lipids）

• 来源： 黄油、食用油、坚果、肉类、奶酪。
• 重要性： 提供高密度的能量储备，起到保暖和保护重要器官的作用。它们还有助于某些维生素的吸收。

3. 蛋白质（Proteins）

• 来源： 肉类、鱼类、蛋类、乳制品、豆类、扁豆。
• 重要性： 对身体组织的生长和修复（如肌肉、头发和皮肤）至关重要。它们也用于制造酶和某些激素。

4. 维生素（微量调节剂）

维生素只需少量即可帮助身体正常运作。我们重点关注两种特定的维生素：

• 维生素C（抗坏血酸）：
  • 来源： 柑橘类水果、新鲜蔬菜。
  • 重要性： 对维持组织健康至关重要，特别是牙龈，并有助于抵抗感染。
• 维生素D：
  • 来源： 多脂鱼类、蛋类；皮肤暴露在阳光下时也会产生。
  • 重要性： 对钙和磷的吸收至关重要，有助于强健骨骼和牙齿。

你知道吗？与碳水化合物、脂肪和蛋白质不同，维生素和矿物质不能直接提供能量，但它们对于从其他食物中释放能量至关重要！

5. 矿物质离子（化学助手）

这些是人体需要少量摄入的无机物质。我们重点关注两种：

• 钙（Ca²⁺）：
  • 来源： 牛奶、奶酪、绿叶蔬菜。
  • 重要性： 强健骨骼和牙齿所必需，对血液凝固和肌肉收缩也至关重要。
• 铁（Fe²⁺）：
  • 来源： 红肉、肝脏、深绿色蔬菜。
  • 重要性： 用于制造血红蛋白，这是血液中运输氧气的红色色素。

6. 膳食纤维（Fibre / Roughage）

• 来源： 全麦面包、果蔬皮、谷物。
• 重要性： 为食物提供体积（粗饲料），帮助肠道肌肉推动食物前进（蠕动）。这可以预防便秘。膳食纤维大部分无法被消化。

7. 水（Water）

• 来源： 饮品、水果、蔬菜。
• 重要性： 身体所有化学反应的重要溶剂，是运输介质（血液），对体温调节也至关重要。

常见的营养缺乏症

• 坏血病（Scurvy）： 由缺乏维生素C引起。症状包括牙龈出血、疲劳和伤口愈合缓慢。
• 佝偻病（Rickets）： 由缺乏维生素D或钙引起。症状包括骨骼脆弱变软，导致骨骼畸形（尤其是“O型腿”）。

B7.2 人类消化系统

食物处理的五个阶段

消化系统通过五个主要步骤处理食物：

1. 摄食（Ingestion）： 即将物质（如食物和饮品）摄入体内，通常通过口腔。
2. 消化（Digestion）： 将大分子、不溶性的食物分子分解为小分子、可溶性分子的过程。这通过物理方式（咀嚼、搅拌）和化学方式（酶的作用）完成。
3. 吸收（Absorption）： 可溶性营养小分子从肠道进入血液的过程。
4. 同化（Assimilation）： 身体细胞对吸收的营养物质的摄取和利用。例如，葡萄糖被肌肉细胞吸收用于呼吸作用。
5. 排遗（Egestion）： 未消化的食物（粪便）通过肛门排出体外的过程。（注意：这不是排泄（excretion），排泄是指代谢废物的排出。）

阶段记忆口诀： I Dip And Act Eventually (摄食、消化、吸收、同化、排遗)

消化系统的主要器官

1. 消化道（Alimentary Canal）

这是食物经过的长管：

• 口腔： 负责摄食和物理消化（咀嚼）。
• 食道： 通过蠕动将食物从口腔推向胃部的肌性管道。
• 胃： 用于搅拌（物理消化）和蛋白质化学消化的肌性囊。
• 小肠： 化学消化和吸收的主要场所。分为两部分：
  • 十二指肠： 大部分化学消化发生的地方。
  • 回肠： 由于其表面积巨大，大部分吸收在此进行。
• 大肠： 主要用于吸收水分和矿物质离子。包括：
  • 结肠： 水分吸收。
  • 直肠： 暂时储存粪便。
  • 肛门： 排遗的出口。

2. 相关器官（辅助器官）

这些器官分泌消化所需的物质，但食物不经过它们：

• 唾液腺： 分泌含有淀粉酶的唾液到口腔中。
• 胰腺： 分泌胰液（含淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶）到十二指肠。
• 肝脏： 产生胆汁。
• 胆囊： 储存胆汁，并在需要时将其释放到十二指肠。

B7.3 消化（分解过程）

物理消化 vs 化学消化

1. 物理消化（机械消化）

• 定义： 将食物分解成更小的碎片，而不改变食物分子的化学结构。
• 示例： 咀嚼（口腔）、搅拌（胃）。
• 作用： 物理消化增加了食物的表面积。更大的表面积意味着化学酶可以更轻松、更快速地接触食物。

2. 化学消化

• 定义： 使用消化酶将大分子、不溶性分子（如淀粉、蛋白质）分解为小分子、可溶性分子（如葡萄糖、氨基酸）。
• 作用： 这一过程至关重要，因为大分子无法穿过肠壁进入血液。化学消化产生可被吸收的小分子。

酶：生物切割器

酶是蛋白质分子，充当生物催化剂，加速消化过程中的特定分解反应。

关键消化酶的功能

酶的作用部位

• 淀粉酶： 由唾液腺分泌（在口腔/食道起作用）和胰腺分泌（在小肠起作用）。
• 蛋白酶： 由胃壁和胰腺分泌（在胃和小肠起作用）。
• 脂肪酶： 由胰腺分泌（在小肠起作用）。

盐酸和胆汁的作用

胃里的盐酸（HCl）

胃液中含有强力的盐酸（HCl），它有两个主要功能：

1. 杀死有害微生物： 低酸性pH值（约pH 1.5–3.5）能杀死随食物摄入的大多数细菌和病原体，保护身体免受疾病侵害。
2. 蛋白酶的最佳pH环境： 它提供了胃内蛋白酶（如胃蛋白酶）有效工作所需的酸性环境。如果pH值为中性，胃蛋白酶将失去活性。

胆汁（肝脏产生，胆囊储存）

胆汁是一种碱性混合物，从胆囊进入十二指肠。它发挥两个关键作用：

1. 中和： 它能中和从胃进入十二指肠的酸性食物混合物（称为食糜）。这种中和作用创造了适宜的碱性pH环境，使胰酶（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）能在小肠中发挥最佳作用。
2. 乳化： 胆汁将大脂肪滴物理性地分解成微小的液滴（这一过程称为乳化）。这极大地增加了脂肪的表面积，使脂肪酶更容易进行化学消化。