歡迎來到營養與消化的世界！

你有沒有想過，當你咬了一口三文治後，它在體內會經歷甚麼旅程？為甚麼總是叫你要「多吃蔬菜」？在這個課題中，我們將會探索生物如何獲取所需的營養素，以及人體如何將食物轉化為燃料。營養（Nutrition）是指攝取營養素，而消化（Digestion）則是將巨大的食物分子分解，使其能被身體吸收和利用的過程。讓我們循序漸進，一步一步來學習！

1. 食物裡有甚麼？（七大營養素）

為了保持健康，人體需要從均衡飲食中攝取七種不同的營養素：

1. 碳水化合物（Carbohydrates）：身體主要且最快速的能量來源。
例子：麵包、白飯、意粉、薯仔和水果。

2. 脂質（脂肪和油，Lipids）：提供濃縮的儲備能量、保護器官，並提供隔熱保暖作用。
例子：牛油、食油、油性魚類和堅果。

3. 蛋白質（Proteins）：身體生長和修復組織所需。
例子：肉類、魚類、雞蛋、豆類和小扁豆。

4. 維他命（Vitamins）：只需要微量的有機物質，用以維持組織健康運作和免疫防禦。
例子：維他命 C（常見於柑橘類水果）可預防壞血病；維他命 D（常見於乳製品，亦可透過陽光照射合成）有助吸收鈣質。

5. 礦物質（Minerals）：只需要微量的無機元素，負責特定的身體功能。
例子：鈣質（強健骨骼和牙齒）和鐵質（製造紅血球所需）。

6. 膳食纖維（Dietary Fibre）：人體無法消化的植物性物質（主要是纖維素）。它能增加食團體積以推動食物穿過腸道，並預防便秘。
例子：全麥穀物、蔬菜和水果皮。

7. 水（Water）：對細胞內的化學反應、溶解物質以及在體內運送營養素至關重要。

快速複習：七大營養素

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2. 能量需求與飲食失衡

均衡飲食（Balanced diet）提供適當份量的所有七大營養素，以滿足個人的能量和生理需求。食物中的能量通常以千焦耳（kJ）或焦耳（\(\text{J}\)）為計算單位。

每日能量需求取決於：
1. 年齡：正在發育的青少年每天通常比年長成年人需要更多能量。
2. 活動量：運動員或體力勞動者所需的能量，明顯多於整天坐在辦公桌前的人。
3. 體型與性別：生物學上的男性通常擁有較高比例的肌肉量，往往需要稍多一點能量。

飲食失衡的後果

當飲食中某些營養素或能量攝取過多或過少時，便會引致健康問題：

- 肥胖症（Obesity）：長期攝取多於身體消耗的能量所致。多餘的能量會轉化為脂肪儲存，增加患上心臟病、二型糖尿病和高血壓的風險。
- 飢餓（Starvation）：長期嚴重缺乏能量攝取所致。身體會分解自身的脂肪和肌肉儲備，導致體重極度下降、身體虛弱以及重要器官受損。
- 營養缺乏病（Deficiency Diseases）：長期缺乏飲食中某種特定維他命或礦物質所致：
  • 壞血病（Scurvy）：缺乏維他命 C，導致牙齦出血、傷口癒合不良和關節疼痛。
  • 佝僂病（Rickets）：缺乏維他命 D 或鈣質，導致骨骼軟弱、脆弱和變形。
  • 貧血（Anaemia）：缺乏鐵質，意味著能製造的紅血球減少，導致容易疲倦和呼吸急促。

3. 食物的旅程：人體消化系統

消化是將巨大的不溶性（Insoluble）食物分子，分解為微小且可溶（Soluble）分子，從而能夠穿過腸壁被吸收進血液的過程。

器官與適應特徵：

1. 口腔（The Mouth）：牙齒咀嚼並對食物進行機械性分解。唾腺（Salivary glands）分泌唾液，能濕潤食物並引入消化酶。

2. 食道（The Oesophagus）：連接口腔與胃部的肌肉管道。環狀肌和縱肌的收縮會把食物向下推動，這個過程稱為蠕動（Peristalsis）。

3. 胃（The Stomach）：一個肌肉囊袋，能將食物攪拌成液態混合物。它會分泌鹽酸（能殺死有害微生物，並為胃部消化酶營造酸性環境），並開始蛋白質的消化。

4. 小腸（The Small Intestine）：更多消化酶在此分解碳水化合物、蛋白質和脂質。可溶的食物分子會被吸收進血液中。

5. 大腸（The Large Intestine）：大腸會從剩餘未消化的物質中把水分重新吸收進體內，留下固體廢物，稱為糞便（Faeces）。

6. 直腸和肛門（The Rectum and Anus）：糞便會儲存在直腸，並經由肛門排出體外。排出未消化食物的過程稱為排遺（Egestion）（切勿與排泄（Excretion）混淆，排泄是排出細胞新陳代謝廢物，如尿素和二氧化碳的過程）。

4. 生物催化劑與腸道細菌

酶（Enzymes，或稱酵素）的作用本質上是生物催化劑：它們能加快生物體內的化學反應速度，而本身在反應過程中不會被消耗。

- 碳水化合物酶（Carbohydrases）（例如澱粉酶）把複雜的碳水化合物（如澱粉）分解為單糖（如葡萄糖）。
- 蛋白酶（Proteases）把蛋白質分解為氨基酸。
- 脂肪酶（Lipases）把脂質分解為脂肪酸和甘油。

細菌在消化過程中的重要性

人體大腸內住著數以萬億計的非致病細菌（Bacteria）。這些有益的微生物發揮著至關重要的作用：它們能發酵人體消化酶無法消化的膳食纖維、製造有用的維他命（例如維他命 K 和某些維他命 B），並有助防止有害細菌滋生。

5. 小腸內的吸收

小腸具有特別的適應特徵，能有效將已消化的食物分子吸收進血液中：

1. 絨毛與微絨毛（Villi and Microvilli）：數以百萬計微小、手指狀的突起物覆蓋著內表面，為擴散作用提供了巨大的表面積。
2. 壁薄（Thin Walls）：上皮組織僅有一層細胞厚，提供了極短的擴散距離。
3. 豐富的血液供應（Rich Blood Supply）：密集的毛細血管網絡能維持小腸與血液之間陡峭的濃度梯度。

6. 植物的營養

與人類及其他動物不同，綠色植物不會進食；它們會自行製造營養素：

- 製造碳水化合物：植物透過葉綠素吸收光能，利用空氣中的二氧化碳和水，在葉片中進行光合作用（Photosynthesis）來製造碳水化合物（葡萄糖）。
- 礦物質與水：植物透過根部的特化根毛細胞（Root hair cells），從土壤中吸收水分和溶解在水中的必需礦物營養素（例如製造蛋白質所需的硝酸鹽，以及製造葉綠素所需的鎂）。

7. 總結

- 七大營養素：碳水化合物、脂質、蛋白質、維他命、礦物質、膳食纖維和水。
- 能量平衡：能量攝取量（以 kJ 為單位）必須與活動量和生長需求相配合；飲食失衡會導致肥胖症、飢餓或營養缺乏病（例如壞血病、佝僂病、貧血）。
- 消化系統：口腔 → 食道 → 胃 → 小腸 → 大腸 → 直腸 → 肛門。
- 幕後功臣：酶充當生物催化劑以分解食物；腸道細菌發酵未消化的纖維並製造維他命。
- 植物營養：植物在葉片中利用光合作用合成碳水化合物，並透過根部從土壤中吸收水分和礦物營養素。