Human nutrition

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

你好各位未来的科学家！这一章的主题是你的身体如何摄取、处理并利用你所吃的食物。营养是生命的基石，为你跑跳、学习和成长提供所需的能量，让我们一起深入探索食物在你体内这段迷人的旅程吧！

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B7.1 均衡饮食的重要性

什么是均衡饮食？

均衡饮食 (Balanced diet) 是指能够提供身体维持健康所需的所有营养素，且分量和比例都恰到好处的饮食。想象一下这就像是调校一辆汽车——它需要精确数量的燃料、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），你就可能患上营养不良 (Malnutrition)。

饮食与能量需求

能量需求因人而异，主要取决于三大关键因素：

• 年龄 (Age)： 与年长的成年人相比，成长中的儿童和青少年每单位体重需要更多的能量和蛋白质，以支持快速生长。

• 性别 (Sex)： 平均而言，男性由于肌肉量较大，通常每日需要更多的能量；但怀孕或哺乳期的女性对能量和营养素的需求也会增加。

• 活动量 (Activity Level)： 经常运动或从事体力劳动的人比久坐不动的人需要更多能量，以供肌肉收缩所需。

主要饮食来源与重要性（七大必需营养素）

我们将营养素分为七大类。你需要知道它们的主要来源以及为什么它们如此重要：

1. 碳水化合物 (Carbohydrates)

• 来源： 谷物（米、小麦）、土豆、面包、意面、糖。

• 重要性： 它们是身体主要的能量来源（呼吸作用的燃料）。

2. 脂肪与油类 (Fats and Oils / Lipids)

• 来源： 黄油、食用油、坚果、肉类、奶酪。

• 重要性： 提供高浓度的能量储备，并能保持体温及保护重要器官。它们也有助于吸收某些维生素。

3. 蛋白质 (Proteins)

• 来源： 肉类、鱼类、鸡蛋、乳制品、豆类、扁豆。

• 重要性： 对于组织（如肌肉、头发和皮肤）的生长和修复至关重要。它们也被用于制造酶和某些激素。

4. 维生素 (Vitamins)（微量调节者）

身体需要少量维生素来维持正常功能。我们重点关注两种特定维生素：

• 维生素 C (Vitamin C)（抗坏血酸）：

  - 来源： 柑橘类水果、新鲜蔬菜。

  - 重要性： 维持健康组织（特别是牙龈）的必要成分，并有助于抵抗感染。

• 维生素 D (Vitamin D)：

  - 来源： 多脂鱼类、鸡蛋，并在皮肤接触阳光时产生。

  - 重要性： 对于吸收钙和磷至关重要，有助于骨骼和牙齿健康。

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 (Mineral Ions)（化学帮手）

这些是身体少量需要的无机物质。我们重点关注两种：

• 钙 (\(\text{Ca}^{2+}\))：

  - 来源： 牛奶、奶酪、深绿色叶菜。

  - 重要性： 构建强壮的骨骼和牙齿，并对血液凝固和肌肉收缩不可或缺。

• 铁 (\(\text{Fe}^{2+}\))：

  - 来源： 红肉、肝脏、深绿色蔬菜。

  - 重要性： 制造血红蛋白 (Haemoglobin) 所必需的成分，这是一种血液中的红色色素，负责运输氧气。

6. 膳食纤维 (Fibre / Roughage)

• 来源： 全麦面包、水果和蔬菜的皮、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（蠕动）。这能预防便秘。纤维大部分是不会被消化的。

7. 水 (Water)

• 来源： 饮料、水果、蔬菜。

• 重要性： 体内所有化学反应的重要溶剂，同时是运输介质（血液），对体温调节亦至关重要。

常见的营养缺乏病

• 坏血病 (Scurvy)： 由缺乏维生素 C 引起。症状包括牙龈出血、疲倦和伤口愈合缓慢。

• 佝偻病 (Rickets)： 由缺乏维生素 D 或钙引起。症状包括骨骼软弱，导致骨骼畸形（特别是罗圈腿）。

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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)： 将物质（如食物和饮料）放入体内，通常是通过口腔。

2. 消化 (Digestion)： 将大且不溶的食物分子分解成小且可溶的分子。这通过物理方式（咀嚼、搅拌）和化学方式（酶的作用）进行。

3. 吸收 (Absorption)： 小且可溶的营养分子从肠道进入血液的过程。

4. 同化 (Assimilation)： 身体细胞摄取并利用被吸收的营养素。例如，葡萄糖被肌肉细胞同化用于呼吸作用。

5. 排遗 (Egestion)： 将未消化的食物（粪便）经由肛门排出体外。（注意：这不是排泄 (Excretion)，排泄是指移除代谢废物。）

阶段记忆法： I Dip And Act Eventually（Ingestion, Digestion, Absorption, Assimilation, Egestion）

消化系统的主要器官

1. 消化道 (Alimentary Canal)

这是食物通过的长管道：

• 口腔： 摄食和物理消化（咀嚼）。

• 食道： 通过蠕动将食物从口腔推向胃的肌肉管道。

• 胃： 用于搅拌（物理消化）和蛋白质化学消化的肌肉囊。

• 小肠： 化学消化和吸收的主要场所。分为两部分：

  - 十二指肠 (Duodenum)： 大多数化学消化发生的位置。

  - 回肠 (Ileum)： 由于表面积大，大多数吸收发生的位置。

• 大肠： 主要用于吸收水分和矿物质离子。包括：

  - 结肠 (Colon)： 水分吸收。

  - 直肠 (Rectum)： 暂时储存粪便。

  - 肛门 (Anus)： 排遗的出口。

小肠适应吸收的特征（绒毛与微绒毛）

小肠（回肠）的内壁高度适应吸收功能，以最大化已消化食物分子的吸收速率：

• 绒毛与微绒毛 (Villi and Microvilli)： 内表面折叠成数百万个微小的指状突起，称为绒毛 (villi)（单数：villus），而绒毛上的每个上皮细胞都带有微细的突起，称为微绒毛 (microvilli)。这些结构极大地增加了表面积，促进营养素藉由扩散作用和主动转运进入血液。

2. 辅助器官（帮手）

这些器官分泌消化所需的物质，但食物不会经过它们：

• 唾液腺： 分泌含有淀粉酶的唾液到口腔。

• 胰腺： 分泌胰液（含淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶）到十二指肠。

• 肝脏： 制造胆汁。

• 胆囊： 在释放到十二指肠之前储存胆汁。

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B7.3 消化（分解过程）

物理消化 vs. 化学消化（核心内容）

1. 物理消化 (Physical/Mechanical Digestion)

• 定义： 将食物分解成较小的碎块，但不改变食物分子的化学结构。

• 例子： 咀嚼（口腔）、搅拌（胃）。

• 作用： 物理消化增加了食物的表面积。较大的表面积意味着消化酶能更容易、更快速地接触食物。

2. 化学消化 (Chemical Digestion)

• 定义： 利用消化酶将大且不溶的分子（如淀粉、蛋白质）分解成小且可溶的分子（如葡萄糖、氨基酸）。

• 作用： 这个过程至关重要，因为大分子无法穿过肠壁进入血液。化学消化产生的可溶性小分子才能被吸收。

酶：生物切割机（核心与补充内容）

酶是蛋白质分子，作为生物催化剂，加快消化过程中的特定分解反应。

关键消化酶的功能（补充内容）

酶类型 | 底物（大分子） | 产物（可溶性小分子）

• 淀粉酶 (Amylase)： 淀粉 → 简单还原糖（如麦芽糖）

• 蛋白酶 (Proteases)： 蛋白质 → 氨基酸

• 脂肪酶 (Lipase)： 脂肪和油（脂质） → 脂肪酸和甘油

酶的作用位置（补充内容）

• 淀粉酶由唾液腺分泌（作用于口腔/食道）及由胰腺分泌（作用于小肠）。

• 蛋白酶由胃壁和胰腺分泌（分别作用于胃和小肠）。

• 脂肪酶由胰腺分泌（作用于小肠）。

盐酸和胆汁的作用（补充内容）

胃内的盐酸 (HCl)

胃液含有强力的盐酸 (HCl)，主要有两个功能：

1. 杀死有害微生物： 低酸性 pH 值（约 pH 1.5–3.5）能杀死大部分随食物摄入的细菌和病原体，保护身体免受疾病侵害。

2. 为蛋白酶提供最佳 pH 值： 它为胃内蛋白酶（如胃蛋白酶）提供有效工作的酸性 pH 环境。如果 pH 值为中性，胃蛋白酶将失去活性。

胆汁（由肝脏产生，储存于胆囊）

胆汁是一种碱性混合物，从胆囊进入十二指肠，发挥两个关键作用：

1. 中和作用： 它能中和从胃进入十二指肠的高度酸性食糜（食物与胃液的混合物）。这种中和作用为胰酶（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）在小肠中发挥最佳功能提供了合适的碱性 pH 环境。

2. 乳化作用： 胆汁能将大脂肪滴物理分解成微小的脂肪滴（这过程称为乳化作用）。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。