弹式热量计直接测定的是(体重变化的基本原则)

Posted 2023-05-25

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弹式热量计直接测定的是(体重变化的基本原则)

注：本篇文章来源于Robert Wildman博士的网站：Thenutritiondr.com

原文地址：https://www.thenutritiondr.com/the-basis-of-weight-body-change

内容概要

★ 体重是如何变化的？
★ 减重/增重的基础是什么？
★ 我们如何知道食物中有多少能量？
★ 当我们使用体内的能量营养素时，产生的能量是否与在实验室产生的能量相同？
★ 我们的细胞如何利用能量营养素？
★ 什么是厌氧能量代谢？
★ 什么是有氧能量代谢？
★ 能量代谢的副产品是什么？
★ 什么过程使用脂肪作为能量？
★ 氨基酸是如何被分解的？

体重是如何变化的？

体重随着身体组成成分的变化而变化。这意味着身体脂肪的减少会降低体重，而身体脂肪的增加会增加体重。然而，重要的是要认识到，身体脂肪的增加往往伴随着肌肉、皮肤和骨骼等支持性组织的细微变化。肌肉也是如此。肌肉质量的变化也会导致骨骼、皮肤和血液质量的轻微变化。

对大多数人来说，体重的变化主要是由于身体脂肪和肌肉的变化。对于经常锻炼的人和运动员来说，肌肉质量是了解他们体重的重要考虑因素。与此同时，对大多数人来说，体重随着身体脂肪的积累而增加。无论哪种情况，体重的变化将取决于他们的能量(卡路里)平衡。

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此外，经常发生在成年期的体力活动的减少也会降低肌肉量，理论上也会降低体重。然而，更典型的情况是，肌肉的损失与脂肪组织的增加是平行的，脂肪组织的增加可以抵消体重的损失甚至导致体重的增加，即脂肪的积累超过了肌肉的损失。

减重/增重的基础是什么？

减重和增重的基础是能量或卡路里平衡。对经济学家来说，这是一个简单的供求模型；对我们来说，这使用到了我们高中学习的代数理论。如果我们吃的食物所含的热量(供给或正能量)超过了我们身体消耗的热量(消耗或负能量)，那么我们就会储存多余的热量。

量化食物的能量含量很容易。我们可以简单地阅读食品标签或查看热量图表。食物的卡路里量是其蛋白质、碳水化合物、脂肪和酒精所提供能量的总和。然而，量化我们在一天中消耗的能量，并评估我们的能量消耗如何随着不同情况的变化而波动，就有点复杂了。

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我们如何知道食物中有多少能量？

当科学家想要知道食物的能量含量时，他们可以把食物放在一个叫做弹式热量计(bomb calorimeter) 的隔热室里，然后“燃烧”它。燃烧需要氧气(O2)，弹式热量计中燃烧食物的产物有二氧化碳、水和热量。此外，如果食物中含有蛋白质或氨基酸，也会产生一些含氮气体。由于热能通常是用热量来测量的，所以它也被用于测量食物能量和我们身体所消耗的能量。

在单独的实验中，科学家还可以确定特定食物中碳水化合物、蛋白质、脂肪和酒精的含量。这些物质1克的近似能量当量如下:

1克碳水化合物= 4卡路里

1克蛋白质= 4卡路里

1克酒精= 7卡路里

1克脂肪= 9卡路里

如果我们要把食物中单个能量营养素的能量贡献加起来，它应该近似于在实验室中测量的总热量(如弹式热量计)。

实验室的能量与人体相同？

当我们使用体内的能量营养素时，产生的能量是否与在实验室产生的能量相同？我们的细胞燃烧能量营养素，并在此过程中产生与实验室相同的能量。事实上，我们将氧气带入体内的原因是，它可以用于细胞内能量营养素的燃烧。此外，这些能量营养素在细胞内燃烧时产生二氧化碳，我们必须将其呼出。

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尽管在弹式热量计中能量营养素的燃烧与在我们的细胞有一些相似之处，但还是有一些基本的不同之处。

首先，当氨基酸和蛋白质在弹式热量计中燃烧时，会产生含氮气体。相反，当氨基酸在我们的细胞中被用作能量时，大部分氮最终被用来制造尿素。第二，能量营养素在弹式热量计中的燃烧，在很大程度上是一个瞬间过程，而发生在我们细胞内的能量营养素的燃烧，则经过一系列的化学反应(能量途径)。最后，不像弹式热量计，当我们在细胞中燃烧能量营养素时，我们捕获了在ATP形成过程中释放的大约40%的能量。与此同时，在能量分解过程中释放出来的能量被转化为热量，必须从我们的身体中释放出来。

细胞如何利用能量营养素？

碳水化合物、氨基酸、脂肪和酒精都可以被我们的细胞用来制造ATP。虽然这些物质的代谢所涉及的特定的能量途径在某种程度上是独特的，但它们确实在不同的点上是相互联系的。这使我们可以将葡萄糖和某些氨基酸转化为脂肪酸，也可以将氨基酸、甘油和乳酸转化为葡萄糖。然而，只有特定的组织才会参与这些转化活动。

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什么是厌氧能量代谢？

我们细胞中的能量通路可以发生在线粒体中，也可以发生在细胞内的液体(细胞质)中。在后一种情况下，葡萄糖等单糖参与一种称为糖酵解的能量途径。所有的细胞都可以利用葡萄糖作为能量；同时，肝脏主要利用果糖和半乳糖。他的途径将葡萄糖转化为两个丙酮酸分子。在这个过程中，会产生两个ATP和热能。由于这些ATP的产生不需氧气，糖酵解通常被称为厌氧能量代谢。

依据细胞的类型和细胞内的情况，丙酮酸有几种选择。如果细胞缺乏线粒体，比如红细胞，丙酮酸会转化为乳酸。这种乳酸进入血液，可以作为某些器官如肾脏的燃料。与此同时，星形胶质细胞产生血脑屏障，将血液与脊椎液分离，为大脑和脊椎提供营养，并产生乳酸，供大脑神经元使用。乳酸最著名的来源可能是肌肉在剧烈运动中产生的，比如举重或短跑。

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什么是有氧能量代谢？

糖酵解产生的丙酮酸和乳酸，或脂肪酸和氨基酸在细胞中用作能量，需要有两种物质：线粒体和充足的氧气。而线粒体对氧气能量的需要被称为有氧。在大多数细胞中，糖酵解产生的丙酮酸进入线粒体进行燃烧。此外，某些组织如肾脏、肝脏、大脑和肌肉中的细胞会将乳酸转化为丙酮酸，丙酮酸可进入线粒体或乳酸可直接进入线粒体。同时，一些氨基酸也被转化为丙酮酸或像脂肪酸一样直接进入线粒体。

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一旦进入线粒体，丙酮酸可以转化为另一种叫做乙酰辅酶的分子。乙酰辅酶可以进入另一种能量途径，称为克雷布循环（Kreb's Cycle）。线粒体中发生的一些化学反应中，电粒子被载体分子转移到嵌入线粒体内膜的特殊蛋白质链上。这些特殊的蛋白质链被称为电粒子传递链。电粒子从载体分子传递到电粒子传递链，然后像队列一样沿其长度传递。当电粒子沿着电粒子传递链传递时，能量被释放，从而驱使ATP形成。每个线粒体可能包含数千个电粒子传递链。氧(O2)需要接收电粒子到达电粒子传递链的末端。随后，氧和电粒子与氢结合生成H2O。这是为了在我们的身体里每天产生少量的水。

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能量代谢的副产品是什么？

当能量营养素完全通过有氧过程燃烧时，最终产物将是CO2、H2O、ATP和热量。二氧化碳实际上是我们线粒体中几种反应的产物。由于我们体内对二氧化碳的需求是有限的，所以它被认为是一种废物，必须通过肺部排出。如果细胞中没有氧气，电粒子传递链就会被电粒子堵塞而停止运作。在这一点上，细胞将不得不更多地依赖厌氧ATP的产生。在剧烈运动的骨骼肌中，这点可能最为明显。骨骼肌对厌氧能量代谢依赖的增加导致乳酸的产生越来越多。

什么过程使用脂肪作为能量？

当我们使用脂肪(甘油三酯)作为能量时，脂肪酸和甘油都可以用于能量通道。脂肪酸进入一种在线粒体内发生的，称为β氧化的能量通道。β氧化反应产生几个乙酰辅酶A分子，然后进入克雷布循环。在β氧化过程中，电粒子被移除，并通过特殊的载流子运送到电粒子传递链。因此，脂肪酸需要线粒体和O2来提供能量；它们完全是有氧的。同时，从能量的角度来看，甘油的重要性主要在于它在禁食或运动时转化为肝脏葡萄糖的能力。

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氨基酸是如何被分解的？

氨基酸可以以多种方式用于ATP的产生。通过摄入大量的蛋白质，过量的氨基酸会在肝脏中分解。一旦氮从氨基酸中被去除，剩下的分子可以在能量通道中转换成分子，如丙酮酸、乙酰辅酶A或那些是克雷布斯循环的一部分。这使得氨基酸产生的能量是有氧的。同时，在禁食和耐力运动期间，一些氨基酸可以在肝脏转化为葡萄糖。而且，一些氨基酸可以在禁食时用来产生酮体。通过氨基酸产生的葡萄糖和酮体将被大脑和肌肉等其他组织利用。