人体所需的三大能量营养素
人体所需的三大能量营养素
赵立超，北京京煤集团总医院营养科，102300
人类为了满足正常的生长发育需要、维持正常生理功能能及进行各项体力活动，需要每天从食物中获得能量和营养素。人体所需要的营养素可分为六大类：蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质和水。每种营养素在人体内不同的组织内有其各自的功能，相互之间又可组合成新的人体成分。如果把人体比成一栋房子，那么，蛋白质就是盖房的砖瓦，碳水化合物就是盖房的工人，脂肪就是房屋内堆放的储备物资，维生素就像是水泥砂浆把砖瓦粘结实，矿物质就像是房屋里的各种电器设备，水就是房屋里的水电线路。每种营养素的缺乏都可能影响人体生理机能，就像房屋的质量变差，生活居住的便利性会打折扣一样。
在这些营养素中，有三大类是属于能量营养素，即蛋白质、碳水化合物和脂肪。接下来我们从其各自的分子组成、功能及消化吸收过程分别讲述。
蛋白质是生命的物质基础，是构成一切细胞和组织结构的重要成分。蛋白质的基本构成单位是氨基酸，人体蛋白质所含的氨基酸有20种，虽然种类少，但是有无数种氨基酸组合方式，也就形成了无数种功能各异的蛋白质。
每个氨基酸与另一个氨基酸相连接的部位叫做肽键，由两个氨基酸相连叫做二肽，三个氨基酸相连叫做三肽，十个以内的氨基酸相连称为寡肽，十个以上氨基酸相连称为多肽。数目不等的氨基酸按照不同的排列顺序逐渐延长就形成了一条条肽链，它们之间又可以相互组合，最终形成了功能不同的蛋白质分子。
当人进食各种食物后，食物中的蛋白质分子在胃肠道内各种酶的作用下被逐渐分解为单个的氨基酸或二肽、三肽等小的分子，以利于吸收，被吸收后再重新排列组合成人体所需要各种蛋白质分子。构成人体蛋白质的20种氨基酸中，人体内不能合成或者合成速度不能满足机体需，必须从食物中直接获得的氨基酸，叫做必须氨基酸。另一部分氨基酸人体可以自身合成，不一定需要从食物中获得，叫做非必须氨基酸。
食物蛋白质中所含氨基酸种类包括人体所需的所有必需氨基酸，组成比例与人体接近，称为完成蛋白质，能够维持机体生命、促进生长发育，如鸡蛋蛋白。食物蛋白质中氨基酸种类齐全，但组成比例与人体内比例相差较大，如其中一种或几种必需氨基酸相对含量较低，使其它必需氨基酸不能被充分利用而浪费，能维持生命但不能促进生长发育，被称为半完全蛋白质，大多数植物来源的蛋白都是半完全蛋白。食物中那些必需氨基酸种类不全、既不能维持生命又不能促进生长发育的蛋白质称为不完全蛋白，如玉米胶蛋白、动物结缔组织中的胶原蛋白等。
人体的各种器官组织都包含有蛋白质，比如肌肉组织、心、肝、肾等含有大量蛋白质；骨骼、肌腱和结缔组织中含胶原蛋白和弹性蛋白，指甲中含有角蛋白，人体的每个细胞从细胞膜到细胞内的各种结构中均含有蛋白质。人体的生长发育可以说是蛋白质不断积累的过程，所以构成机体组织、器官的成分是蛋白质最重要的功能。
蛋白质具有调节生理功能，比如核蛋白构成细胞核并影响细胞功能，消化液中的酶蛋白具有促进食物消化、吸收和利用的功能，免疫蛋白具有维持机体免疫
力的作用，肌肉中的肌球蛋白参与肌肉的收缩功能，红细胞中的血红蛋白具有运输氧气的功能，白蛋白具有调节渗透压、维持体液平衡的功能。
蛋白质作为三大产能物质之一，还可以为人体提供能量，在碳水化合物摄入不足的情况下，人体内的蛋白质可分成为氨基酸，再经过多种反应释放能量为人体所用，但这并不是主要功能，而且影响了蛋白质作为人体组织物质和调节生理功能的主要作用，不是我们希望看到了。
人在进食含蛋白质的食物后，蛋白质在胃中被胃蛋白酶等消化酶分解为肽类，进入小肠后，在胰蛋白酶等消化酶作用下进一步分解为分子量更小的氨基酸和部分2肽、3肽，被小肠粘膜细胞吸收，并最终分解为氨基酸单体，经肝门静脉进入肝脏。肝脏内的氨基酸一部分重新排列组合，合成自身的蛋白质，另一部分则随血液循环进入其它组织器官，合成其它功能的蛋白。我们从食物中摄入的蛋白质分为植物蛋白和动物蛋白，不论是哪种蛋白质进入人体的消化吸收过程是一样的。但是吸收的效率是有差别的，从而有了优质蛋白和劣质蛋白的区别。食物中的蛋白质所含氨基酸比例与人体接近的是优质蛋白，吸收利用率高，相差很多的是劣质蛋白，利用率会差一些。一般来说动物蛋白包括鸡蛋、牛奶中蛋白质是优质蛋白。外源性的蛋白质不管吸收率多高，总有一些不能被完全消化吸收。这些未被分解或部分分解的未被吸收的蛋白质在肠道细菌的作用下发生腐败，产生胺、酚及吲哚等有毒物质，大部分随粪便排出体外，少量被粘膜吸收，随血液循环进入肝脏，进行生理解毒后随尿排出。
脂类分为脂肪和类脂。脂肪是由一分子甘油和三分子脂肪酸组成，所以又称为甘油三酯，也叫中性脂肪，我们在医院抽血做生化检查时可以在化验单上看到
这一指标。类脂包括磷脂、糖脂、固醇类、脂蛋白等。胆固醇是固醇类中的一种。以上几类物质在体内均具有一定的生理功能，和摄入过多会导致某些疾病一样，摄入过少或缺乏同样会给人带来不适。
正常人体按体重计含脂肪约10%~20%，主要存在于腹腔、皮下等脂肪组织内，有保护脏器、组织和关节的作用，摄入能量过多时也是以脂肪的形式储存，当机体能量不足时可以提供能量。
类脂含量较脂肪少，约占总脂类的5%，类脂不仅是组织细胞的基本成分，同时具有特殊的功能。比如，磷脂不仅构成细胞的生物膜，在对脂肪的吸收、转运中起着重要的作用；胆固醇既是细胞膜的重要成分，又是类固醇激素、维生素D及胆汁酸的前体。
脂肪酸之间的连接是通过其分子结构中所含的碳-碳相连，称为碳链。根据所含的碳链的长短分为长链脂肪酸、中链脂肪酸和短链脂肪酸。脂肪酸分子间碳-碳相连主要有单键和双键两种形式，如果脂肪酸链的碳键全部为单键相连，我们称之为饱和脂肪酸，如果有一个双键称之为单不饱和脂肪酸，含两个或以上的双键称之为多不饱和脂肪酸。比如被称为必需脂肪酸的亚油酸及α-亚麻酸就属于多不饱和脂肪酸，最多见的单不饱和脂肪酸是油酸，而棕榈酸属于饱和脂肪酸。
不同形式的脂肪酸具有不同的功能和特点。动物来源的脂肪含饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸比例更高，常温下呈固态，植物来源的脂肪含多不饱和脂肪酸比例更高，常温下呈液态，又叫做植物油，比如家庭中炒菜常用的花生油、豆油等。
而可可籽油、椰子油、棕榈油中虽然饱和脂肪酸比例更高，但因其所含脂肪酸多为中链脂肪酸，其溶点较长链脂肪酸更低，常温下也呈液态。
脂肪的功能首先是供给和储存能量，每克脂肪体内氧化产生的热量为9kcal，远高于碳水化合物和蛋白质的4kcal，所以脂肪是高效的供能和储能物质，摄入能量过多时以脂肪的形式储存，但脂肪不能给脑和神经细胞以及血细胞提供能量，所以，应用生酮饮食方法减肥的人会因为大脑神经组织碳水不足而出现头晕眼花。
脂肪在体内分解为脂肪酸，其中一部分脂肪酸存在于细胞膜中，是维持细胞正常结构和功能不可少的重要成分。而人体需要的必需脂肪酸，更是具有多种生理功能，如促进发育，维持皮肤和毛细血管的健康，与精子形成、前列腺素合成关系密切，可减轻放射线造成的皮肤损伤，还有促进胆固醇代谢、防治冠心病等功能。另外，人体需要的脂溶性维生素如维生素A、D、E、K等，需在脂肪的协助下才能被吸收和利用。
脂肪还具保温、润滑和保护脏器的作用。人体体表的脂肪是热的不良导体，阻止散热，起到保温作用，维持体温。体内器官组织间的脂肪可减少内脏器官之间的摩擦，在人体受到外力伤害时可以充当器官间的气垫，减轻伤害的影响。
类脂主要包括磷脂和固醇类，磷脂同样是细胞膜的组成成分，且具有乳化作用，可维持体液中脂肪呈悬浮状态，有利于其吸收、转运和代谢。
胆固醇是体内最重要的一种固醇类物质，也是细胞膜的组成成分，还是胆汁、性激素、肾上腺素等的合成材料。在体内还可以转变成7-脱氢胆固醇，在皮肤中经紫外线照射变为维生素D，促进钙吸收。
碳水化合物也称糖类，是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物，由于所含的氢和氧的比例为2:1，和水一样，所以被称为碳水化合物。碳水化合物是人类主要的供能物质，广泛存在于粮谷类、薯类、某些豆类和蔬菜水果当中。营养学上按化学结构一般将其分为四类：单糖、双糖、寡糖和多糖。
单糖是碳水化合物中结构最简单的一类，又根据结构不同分为葡萄糖、果糖和半乳糖。葡萄糖是构成食物中各种碳水化合物的基本单位，可通过自身组合或与其他单糖组合的形式形成其他种类的碳水化合物。果糖主要存在于水果和蜂蜜中。半乳糖很少单独存在于食品中，通常与葡萄糖组合成为乳糖而存在。这种由两分子单糖缩合而成的就叫双糖，其他的双糖还有：一分子葡萄糖和一分子果糖结合成蔗糖、两分子葡萄糖结合成麦芽糖等。
寡糖是由3~10个单糖构成的小分子多糖，对人类较重要的寡糖是存在于豆类中的棉籽糖和水苏糖，棉籽糖是由葡萄糖、果糖、半乳糖构成的三糖，而水苏糖是棉籽糖的基础上再加一个半乳糖的四糖。棉籽糖和水苏糖不能被肠道消化酶分解，但可被大肠中的细菌分解，产生气体，出现胀气，这也是有些人吃豆类食品后胀气的原因。
多糖是10个以上单糖组成的大分子糖，因为分子链较长，其性质不同于单、双糖和寡糖，一般不溶于水，没有甜味，不形成结晶，也没有还原性，在人体内通过酸或酶的作用最终分解为单糖发挥作用。具有重要营养意义的多糖有糖原、淀粉和膳食纤维。
供给能量是膳食碳水化合物的主要功能，人体每天维持健康所需的能量约50%-60%由碳水化合物提供。碳水化合物进入体内后，其所含的双糖和多糖被分解为单糖形式，主要是以葡萄糖的形式被吸收，并迅速氧化、给机体提供能量，每克葡萄糖可产生4kcal）能量。当碳水化合物摄入过多时，以糖原的形式储存在肝脏和肌肉中，也可以储存成脂肪。
构成机体组织是碳水化合物的又一重要功能，比如糖和脂形成的糖脂是细胞膜与神经组织的结构成分之一，对维持神经系统机能有特殊作用。糖与蛋白质结合生成糖蛋白同样具有重要的生理功能，如构成抗体、酶和激素。
碳水化合物还参与体内营养素的代谢，如脂肪代谢产生的乙酰基必须与葡萄糖的代谢产物草酰乙酸结合，才能进入三羧酸循环被彻底氧化，如果碳水化合物摄入不足，脂肪氧化不全，会产生过量的酮体。
碳水化合物的多糖中有一类营养素被称为膳食纤维，其在小肠内不被消化吸收，但在结肠中可被细菌部分分解和发酵，产生短链脂肪酸并刺激肠道菌群增殖，被称为益生元。此外，膳食纤维吸水性强，能增加粪便体积，促进肠蠕动，缓解便秘。同时，膳食纤维能吸附肠道中的胆酸使之随粪便排出，有利于降低血清胆
固醇。由于膳食纤维在小肠不被吸收，与食糜混合后减少肠道对糖的吸收，有平衡血糖作用。
碳水化合物的消化过程从口腔开始，食物进入口腔后，食物刺激和咀嚼动作可促进唾液的分泌，唾液中的淀粉酶将淀粉水解为短链多糖和麦芽糖。食物进入胃内后，唾液淀粉酶在胃酸的作用下失活。各类食物在胃内经胃蠕动与胃液混合形成食糜，食糜进入小肠，随同进入的还有胰腺分泌的胰淀粉酶，在小肠内将淀粉等继续分解为双糖，如蔗糖、乳糖、麦芽糖。而小肠粘膜细胞刷状缘上的麦芽糖酶、蔗糖酶和乳糖酶将相应的双糖进一步分解为单糖中葡萄糖的形式，并通过主动运输进入小肠粘膜细胞，随血液循环运送到肝脏进行下一步代谢，或运送到其它器官直接被利用。