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肥肉是怎么炼成的(2)碳水化合物的代谢 精选

已有 9211 次阅读 2015-9-29 15:23 |个人分类:给明天的健康日志|系统分类:科普集锦| 代谢, 肥肉, 碳水化合物

【良心提示】

  • 吃进肚子的碳水化合物是会变成肥肉的

  • 吃碳水化合物最重要的作用不是变成肥肉,而是给细胞提供能量

  • 葡萄糖可以通过两种不同的方式给细胞提供能量,取决于氧气的供给

  • 我们的身体里也有淀粉一样储存葡萄糖的仓库,叫做糖原

  • 肝糖原里的葡萄糖可以调节血糖水平,肌糖原里的葡萄糖只能给肌肉提供能量

  • 吃进肚子里的碳水化合物最终是用来提供能量,还是储存在糖原里,还是变成肥肉,取决于身体对能量的需求

  • 所以,简单说,吃进肚子的碳水化合物变成了肥肉的原因就是——吃多了

 

网上说,“八戒走了十万八千里照样是个胖子,他还是吃素的”。吃素也长肉,这肥肉是哪来的?那些个成功穿越小肠肠壁进入我们身体的葡萄糖和它的兄弟们怎么就变成肥肉了呢?这还得从我们为什么要吃那些能让人长胖的碳水化合物说起。基本上,我们吃掉碳水化合物就是为了获取能量。小到一个细胞,大到整个地球,想要维持日常生活和工作都需要消耗能量,都需要有稳定的途径来获取这些能量。植物们能够通过光合作用直接收割太阳能,然后把这些能量封装在葡萄糖里,就像一个一个的能量块码放在淀粉仓库里应付日常生活,养儿育女,备战备荒。人类呢,咱们没法直接利用太阳能,所以,为了生存,只好吃掉植物,直接拿走它们储存在葡萄糖里的能量【注1】。


葡萄糖天生就是咱们能够获取的最重要的燃料,没有之一。你看,食物当中最重要的三种二糖里全部都有葡萄糖,植物的淀粉能源库里储存的干脆就全都是葡萄糖。大概也正是因为这个原因,咱们的身体在进化的过程中就只保留了从葡萄糖里提取能量这一条工艺流水线。遇到果糖和半乳糖的时候呢,就先预处理一下,把它们加工成类似于葡萄糖的半成品,再通过同一条流水线送进线粒体去提取能量。所以,成功穿越小肠肠壁进入身体的葡萄糖和它的兄弟们并不会迫不及待的就奔向肥肉化身小肚腩努力把咱们变成个胖子,而是统统进入肝脏,经过预处理,把不是葡萄糖的单糖变成类似于葡萄糖的半成品,再交给血液循环系统。进入血液的葡萄糖还有个我们更熟悉的名字——血糖。全身上下所有的细胞差不多都需要血液中的葡萄糖来提供日常生活和工作需要的能量。咱们的大脑和中枢神经系统更是几乎只能依靠葡萄糖来维持正常的运转。


那细胞是怎么拿走葡萄糖里的能量的呢?这个过程有点像灶台烧柴,或者炉子烧煤。掉它!连燃料都一样,碳。灶台烧的是木柴里的碳,炉子烧的是煤里的碳,咱们的细胞呢,烧的是碳水化合物里的碳【注2】。


通常情况下,细胞在拿到葡萄糖之后,会得把这些原料加工成适合燃烧的精细燃料【注3】,然后和血液中的氧气一起送进一个专门的炉子里充分燃烧,再经过一系列复杂的工序,把燃烧当中产生的热量打包收好,供给细胞使用【注4】。还有一些时候,细胞拿到了葡萄糖,却拿不到足够的氧气。怎么办呢?当然不能守着粮食把自己饿死。氧气供给不足的时候,细胞里有另外一套设备来发酵处理好的葡萄糖燃料。发酵的过程中也会产生一点点热量可以打包收集起来,供给细胞使用【注5】。什么时候会出现氧气不足的情况呢?可以是我们真的待在一个氧气不足的环境里,比如憋着气待在水里。也可以是剧烈运动的时候【注6】。肌肉细胞只能通过发酵葡萄糖获得能量来完成的运动,就是咱们平常所说的无氧运动。那么联系一下实际生活,想想看,怎么就知道咱们是在做有氧运动还是在做无氧运动呢?(小提示:氧气是通过呼吸从肺里融入血液的。心脏就像是一个水泵,通过强而有力的收缩,源源不断的把血液输送到身体的每个角落。)


简而言之,咱们吃掉碳水化合物是为了给细胞提供能量的,不是为了长胖。那怎么就变成肥肉了呢?呵呵,植物都有自己的能量储备系统,咱们当然也有。不仅有,而且更高级!还记不记得咱们身体里也有“淀粉”?咱们的“淀粉”有个专门的名字,叫做糖原。糖原就是咱们的前线能源储备库,储存着葡萄糖随时满足细胞的燃料供给。身体里有两个重要的糖原仓库。一个在肝脏里,叫做肝糖原【注7】。一个在肌肉里,叫做肌糖原【注8】。


糖原之所以比淀粉高级,是因为它可以在短时间内给细胞提供更多的葡萄糖燃料。有点像吃糖葫芦。葡萄糖就好像一颗一颗的山楂。淀粉就像是长长的一串糖葫芦,或者扎在一起的几串糖葫芦。糖原呢,就像是卖糖葫芦的那个架子,密密麻麻地插满了糖葫芦。当有一大帮细胞小朋友都要吃山楂的时候,淀粉那边一次只能取下一颗或者不多的几颗山楂轮番满足一部分需求。糖原呢,架子上插着多少根糖葫芦一次就能取下多少颗山楂来,可以在更短的时间里满足所有的需求。为什么会这样呢?因为和植物相比,我们实在是有着无与伦比的运动能力嘛,当然也就需要能在短时间内获得更多的能量来应付蹦蹦跳跳的需求。


身体中有专门的调度员负责指挥糖原把血液中的葡萄糖储存进仓库,或者把储存好的葡萄糖释放回血液当中【注8】。这两个仓库能放得下多少富裕的葡萄糖呢?在完全绝食的情况下,身体里所有的糖原库存大约也就只够消耗一两天的。然而绝大多数人日常生活中的实际情况是,除非你刚刚做完剧烈地运动,否则肌糖原仓库几乎时时刻刻都处在饱和的状态,堆满了糖原。肝糖原仓库里的库存量呢,取决于两顿饭之间的时间间隔。间隔越长,仓库越空。如果间隔不久,比如你不停地在吃碳水化合物,肝糖原仓库也会时刻处在饱和状态,再存不进更多富裕的葡萄糖了。那么问题来了。如果这两个仓库都塞满了但还是有富裕的葡萄糖怎么办?把剩饭倒掉?别美了。大脑和身体可不会浪费一粒粮食。别忘了,他们是在进化过程中经历过无数次饥荒生死考验的。为了把已经吃进肚子又暂时无法利用的能量统统储存起来,最终找到的究极解决方案就是——肥肉!如果血液中的葡萄糖实在富裕,没有细胞再需要更多地能量,也没法再塞进糖原仓库的时候,调度员就会给脂肪组织,也就是咱们身上的肥肉们下达终极调度指令,把这些葡萄糖拿去做成脂肪储存起来【注10】!与糖原仓库相比,脂肪组织可以储存几乎无限的富裕能量,只需要让咱们更胖一点就是了。对大脑和身体来说,这简直就是万无一失的完美方案。更不幸的消息是,有调度员可以让肥肉把葡萄糖拿去做成脂肪贴在肥肉上,可没有人能让肥肉把脂肪再拿出来变回葡萄糖。所以,八戒为什么吃素也还是个胖子呢?实在是吃得太多了嘛。以八戒的食量,别说是顿顿主食,怕是光吃菜也瘦不下来。


那咱们身上的肥肉是什么时候用得呢?吃进肚子的肥肉又怎么会变成咱们自己的肥肉了呢?下次开始,咱们就来聊聊肥肉和肥肉的故事。

 

无氧运动的问题。准确地说,没有哪一种运动是无氧运动,也没有哪一种运动是有氧运动。无氧有氧指的是运动的时候肌肉的供能方式。不管是哪种运动,如果是通过三羧酸循环大炉子燃烧葡萄糖燃料给肌肉供能,那就是有氧运动,如果是通过发酵葡萄糖燃料给肌肉供能那就是无氧运动。所以,同一项运动既可以有氧,也可以无氧,也可以一会儿有氧一会儿无氧。在健身房里举铁也可以是有氧运动,跑步也可以跑成无氧运动。那怎么能区别自己做的是无氧运动还是有氧运动呢?比较准确地方法是测运动时的心率。二三十岁的年轻人不管是在做什么运动,如果心率达到了每分钟150以上,基本就算是无氧运动了[4]。大约可以这么理解,当运动很剧烈的时候,肌肉需要大把的能量。 见过餐厅食堂的炉子吗?需要大火的时候就打开鼓风机增大往炉子里输送氧气的速度。肌肉里也一样,想把三羧酸大炉子里的烧得更旺就需要更多地氧气,只不过给肌肉提供氧气的不是鼓风机,而是肺和心脏。然而肺的容量有限,心脏也不是想跳多快就能跳多快的。当疯狂跳动的心脏终于没法满足肌肉的供能需求的时候,运动就进入了无氧模式。测不了心率怎么办?更简单的测试方法嘛,试试能不能边运动边说话就差不多了。如果你还能聊天,就说明心肺还有余力,多半也就还是有氧运动的成分居多。

 

【注1】如果你对中学生物课还有印象,也许会记得咱们的细胞使用的能量并不是葡萄糖,而是叫做ATP的东西。或许你还会记得线粒体这个名字,记得它是每个细胞用来加工ATP的工厂。一点儿也没错。ATP确实才是咱们身体里使用最广泛的能量块。葡萄糖呢?就是线粒体加工厂生产ATP最重要的原料之一。有点像是把大块的原煤碾碎做成蜂窝煤,方便家用。


【注2】发生在咱们身体里的这个烧炭的过程,是一门更加繁复的古老工艺。细胞们可能在35亿年以前就学会怎么烧掉葡萄糖来获取能量了[1]。而在过去的几十年中,有好几位科学家就是因为分别搞清楚了这整个工艺当中的一小部分,先后获得了诺贝尔奖。


【注3】每一颗葡萄糖里含有6个碳原子,细胞拿到葡萄糖之后会先把它拆开,做成只有3碳原子的“燃料小颗粒。这个过程叫做糖酵解。这些含有3个碳原子的燃料小颗粒叫做丙酮酸。通常情况下,细胞接下来要做的,就是把做好了丙酮酸燃料送进线粒体加工厂里。在这里,工人们会继续把丙酮酸加工成颗粒更精细的燃料——乙酰辅酶A。每一粒乙酰辅酶A里有2个碳原子可以作为最终的燃料为细胞提供封装在ATP里的能量


【注4】线粒体里烧炭大炉子叫做三羧酸循环。加工好的乙酰辅酶A燃料和血液中的氧气一起,在这里充分燃烧,变成二氧化碳和水排出体外。燃烧过程当中产生的热量会被专门的工人收集起来,经过一些列非常复杂的工艺,最终加工成ATP[2]。这个三羧酸循环大炉子可不得了,只要氧气充足,吃进肚子的三大营养素都能变成合适的燃料填进去烧出ATP来。


【注5】氧气不充足的时候,丙酮酸燃料就不再被送进线粒体了,而是留在细胞质里通过发酵产生热量,再把这些热量最终加工成ATP。发酵葡萄糖生产ATP的效率可没法和三羧酸循环燃烧相比。在三羧酸循环大炉子里,一个葡萄糖可以烧出38ATP来。发酵呢?只能得到2ATP。所以在通常情况下,葡萄糖发酵只是为了给剧烈运动的肌肉细胞解决燃眉之急的时候才会采取的战斗状态。也有一些细胞只能通过葡萄糖发酵来获取能量,比如血液中负责运输氧气的红细胞。倒不是它们一直在战斗,而是因为红细胞的体内没有线粒体,也压根没有办法通过三羧酸循环烧掉葡萄糖。


【注6】剧烈运动的时候,肌肉需要在短时间内获得大量的能量提供动力,然而血液循环系统的供氧能力是有限的,假如对氧气的需求已经超过了血液循环系统的供给能力,三羧酸循环就来不及烧出足够的ATP来保证肌肉的能量供给了。在这种情况下,如果肌肉还想完成剧烈地运动,就只能通过燃料发酵来应急了。发酵对燃料的利用效率虽然很低,但是速度很快,所以可以在很短的时间内产生大量的ATP满足肌肉细胞的需求。葡萄糖在肌肉细胞中发酵的产物是乳酸。很久以来,人们都认为随着发酵的不断进行,肌肉细胞和血液中大量堆积的乳酸是造成咱们剧烈运动之后肌肉酸痛和疲劳的原因。但是随着研究的深入,科学家逐渐对这个结果产生了质疑。乳酸与肌肉酸痛的瓜葛还有待研究,不过确定的好消息是,这些营养丰富的乳酸并不会被浪费掉,而是会随着血液循环系统回到肝脏,重新被做成葡萄糖,继续为细胞提供能量。


【注7】 肝糖原是身体中最重要的糖原库。整个肝脏大约7%的重量都是库存的糖原。肝糖原担负着调节血糖水平的重任,血液中有多余葡萄糖的时候就收进仓库里,需要的时候再放回血液中去。就像是河道上的水库,雨水丰沛的时候把多余的水存起来避免引发洪水;干旱的时候开闸放水,以免河水枯竭,影响沿岸居民的正常生活。


【注8】肌糖原只占肌肉质量的1%左右,但是因为全身肌肉组织的总质量远大于肝脏的质量,身体中大约3/4的糖原都存储在肌糖原仓库里[3]。肌糖原是真正的战备能源。储存在这里的葡萄糖不会再被放回到血液循环系统去调节血糖水平了,这个仓库的任务只有一个——保证肌肉的供能。


【注9】调控糖原工作的部门里有咱们比较熟悉的胰岛素肾上腺素,也有其他的调度员,比如胰高血糖素。一顿大餐之后,血液里的葡萄糖水平升高,调度员胰岛素就会下达蓄水入库的指令。接到指令之后,血液沿岸的肌肉首先开动自己的糖原生产线,把流经的血液中的葡萄糖转化成糖原码放在自己的仓库里,这个过程叫做糖原生成。但是肌肉的生产线效率不高,经常无法完全消纳血液中富裕的葡萄糖,这时就轮到肝脏了。作为调节血糖水平的专业仓库,肝脏里的糖原生成的效率非常高,只要工作正常,很快就可以把血液中富裕的葡萄糖统统储存起来。随着时间的推移,细胞们一边工作生活一边消耗这血液里流淌着的葡萄糖,血糖水平开始降低,这时候就该胰高血糖素出场了。胰高血糖素会在血糖水平降低的时候向肝脏发出开仓的指令,把肝糖原中储存的葡萄糖释放回血液循环系统当中,保证沿岸细胞们的正常生活。肌糖原并不听从胰高血糖素的调度安排,因为这里的能量是专供肌肉使用的。但是当身体处在兴奋、恐惧、紧张这些刺激状态的时候,调度员肾上腺素就会同时给肝脏和肌肉传达应急开仓指令,让整个身体充满能量,应对可能发生的情况。不管受谁控制,这个把糖原再变回游离葡萄糖的过程就叫做糖原分解


【注10】促进脂肪组织吸收血液中多余的葡萄糖转化成脂肪的也是胰岛素。

 

 

【参考文献】

1. Wikipedia (2015)糖酵解.

2.Whitney E, Rolfes SR (2015) Understanding Nutrition (14 edition): WadsworthPublishing.

3.Gropper SS, Smith JL, Groff JL (2012) Advanced Nutrition and Human Metabolism(6th Edition): Wadsworth Publishing.

4. Wikipedia (2015) Anaerobic Excercise.

 




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