营养学:身体如何利用食物第 1 章
Energy and the Macronutrients
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本章讲的是食物被吃下去之后发生了什么:它携带多少能量、身体把这些能量花在哪里,食物如何被分解和吸收,碳水化合物、脂肪和蛋白质各自变成了什么,身体如何保持水分,以及最后,如何解读那些关于食物的主张所依据的研究。本章把、、、、、和作为科学来讲授;它不告诉你该吃什么。
能量:千卡,以及身体把它花在哪里
食物携带化学能,以千卡计量,也就是食物标签上的“大卡”,约等于 4.2 kJ (千焦),即让一公斤水升高一度的热量。能量平衡是摄入对消耗:身体把能量花在静息、消化和活动上,并储存没有花掉的部分。
把任何关于“卡路里”的说法放到平衡的某一边、某一份额中:静息是一个久坐成年人最大的份额,约占 60% 至 75%;消化食物约占十分之一;活动是其余部分。作为物理学,未消耗的能量被储存;作为生理学,消耗会变动:身体变小时下降,随摄入调整,所以这个总和不是固定的。
一个假设的标签:10 g 蛋白质、30 g 碳水化合物、5 g 脂肪,按标准的每克 4、4、9 千卡计算为 205 kcal (千卡),计算过程见下文;身体实际获得的值因食物而异。
“标签上的卡路里就是身体获得的能量。”标签用的是平均换算系数;在人体中,这些系数对杏仁高估了三分之一,而蛋白质需要消耗自身能量的 20% 至 30% 来处理。“坐着不动几乎不消耗什么。”静息是最大的份额;心跳、呼吸和细胞化学反应从不停止。“每天少摄入 500 kcal (千卡) 就是每周减一磅,永远如此。”这条规则把消耗当作固定不变;实际上消耗随体重下降而下降,所以减重会放缓并停止。
- 读出每种宏量营养素的克数。假设的标签:10 g 蛋白质、30 g 碳水化合物(其中 4 g 膳食纤维)、5 g 脂肪。
- 应用通用换算系数:蛋白质和碳水化合物每克 4 kcal (千卡),脂肪每克 9 kcal (千卡): kcal (千卡)。
- 如需换算为千焦: kJ (千焦)。
- 说明这个数字是什么。它是根据平均系数得出的估计值,是美国标签法规允许的几种方法之一,另一种方法先从碳水化合物中减去膳食纤维,得到 ,总计 kcal (千卡),它并不是对任何一个身体实际吸收量的测量。
常见的错误是把第 2 步的答案当作身体将获得的能量:这些系数是各类食物的平均值,而膳食纤维的变体表明,仅凭一个定义上的选择,标签本身就可以相差 16 kcal (千卡)。
消化分解食物;吸收把它送入体内
消化把食物分解:机械性地通过咀嚼和搅动,化学性地通过酶把大分子切成小分子:淀粉切成糖,蛋白质切成氨基酸,脂肪切成脂肪酸和甘油。吸收把这些分子穿过肠壁运送到血液或淋巴中,几乎全部在小肠完成。
追踪分子:问它是否被切得足够小,以及在哪里穿过。完整的蛋白质和淀粉不会进入血液;氨基酸和葡萄糖会,经由小肠壁;脂肪先走淋巴。膳食纤维没有任何人类酶能切割,不会被原样吸收;在大肠中细菌会发酵其中一部分。
假设的一碗米饭和豆子:胃搅动它,胃蛋白酶开始处理蛋白质;在小肠中,来自胰腺和肠壁的酶把淀粉最终切成葡萄糖、把蛋白质切成氨基酸,它们在接下来的几小时内穿过肠壁进入血液;膳食纤维继续前行。
“消化和吸收发生在胃里。”胃负责搅动并开始处理蛋白质;几乎所有的吸收都在小肠,大肠主要负责回收水分。“蛋白质以蛋白质的形式进入血液。”以氨基酸的形式,否则根本不进入。“膳食纤维什么作用也没有。”人类酶无法切割它,但它加快通过速度,结肠细菌会发酵其中一部分。
可消化的碳水化合物进入血液时大多是葡萄糖,而血糖是受调控的
碳水化合物包括糖、淀粉和膳食纤维;可消化的部分进入血液时大多是葡萄糖。血糖是受调控的:胰岛素把葡萄糖送入细胞以及肝脏和肌肉中的糖原储存,胰高血糖素把它调出来,在两餐之间把水平维持在一个狭窄的范围内。
问回路在做什么,而不是上一餐吃了什么:血糖升高 → 胰岛素 → 摄取和储存;血糖下降 → 胰高血糖素 → 糖原分解以及从乳酸、甘油和氨基酸制造新的葡萄糖。多余的葡萄糖首先进入糖原;只有当这些储存装满后才转化为脂肪。
假设:吃完一顿米饭晚餐后,Tomas 的血糖升高,并在胰岛素的作用下几小时内回落;凌晨三点,胰高血糖素从肝糖原中维持血糖稳定;到上午,仍然没有进食,他的肝脏在制造新的葡萄糖。
“不吃糖或淀粉,血液里就没有葡萄糖。”肝脏从乳酸、甘油和氨基酸制造葡萄糖;回路把水平维持住。“血糖只是跟随上一餐。”两种激素把它维持在一个范围内;餐食是回路纠正的一个扰动。“未使用的碳水化合物直接变成脂肪。”先进入糖原;在被测量的男性中,只有当每公斤约 15 g 的储存装满后,脂肪合成才上升。
脂肪:能量密度最高的燃料、一种常规燃料,以及两种身体无法制造的脂肪酸
膳食脂肪主要是甘油三酯:一个甘油上连着三个脂肪酸,在胆汁的帮助下消化,经由淋巴吸收,能量密度高于其他宏量营养素:每克约 9 千卡,而其他两种为 4 千卡。身体把脂肪酸作为常规燃料燃烧,把来自任何来源的剩余能量储存为脂肪,并且无法自行制造两种它需要的脂肪酸。
把三种角色分开:燃料:两餐之间和静息时,随着胰高血糖素升高而释放的脂肪酸;储存:脂肪组织中的甘油三酯,来自膳食脂肪或过剩的葡萄糖;营养素:亚油酸和 α-亚麻酸,必须来自食物,以及只有在脂肪伴随下才能被吸收的维生素。
假设 Farah 吃的脂肪很少,但一年来从米饭和面包中摄入了过剩能量,并且增加了脂肪:糖原装满后,她的肝脏从过剩的葡萄糖构建脂肪酸,这是来自无脂来源的储存能量。
“身体脂肪来自吃脂肪。”它是任何种类的剩余能量;过剩的葡萄糖会变成脂肪酸。“身体不需要膳食脂肪。”它无法制造亚油酸或 α-亚麻酸,而且只有在脂肪伴随下才能吸收维生素 A、D、E 和 K。“脂肪只在饥饿时才被燃烧。”两餐之间血糖下降每天都会释放脂肪酸作为燃料;饥饿加深了这种依赖,而不是开启了它。
蛋白质:氨基酸在周转中,不在储存中
蛋白质是由二十种氨基酸组成的链,其中九种身体无法自行制造,必须从食物中获取。膳食蛋白质被消化成氨基酸后,为身体自身蛋白质持续不断的分解与重建提供原料池;多余的部分没有储存之处。
追踪氨基酸:进入正在构建的蛋白质,或者,如果没有蛋白质需要它,就被剥离氮,氮以尿素的形式随尿液排出,碳骨架则被燃烧、转化为葡萄糖,或者在过剩时转化为脂肪。在预测更多蛋白质会做什么之前,先问正在构建什么。
假设 Ravi 把蛋白质翻倍,其他什么都不改变;他的身体本来就在制造它所需要的全部蛋白质,所以多余的部分变成尿素和燃料,而不是肌肉。
“更多蛋白质意味着更多肌肉。”肌肉是按需求构建的,不是按供应:在 49 项针对进行抗阻训练的成年人的试验中,当摄入量超过每天每公斤体重约 1.6 g 后,瘦体重的增长就不再上升。“身体像保留脂肪储备一样保留蛋白质储备。”它没有储存机制;在饥饿中它分解正在工作的肌肉,这是损失,不是取用。“蛋白质就是蛋白质。”无论总量多少,九种氨基酸必须来自食物。
水合是水平衡,由口渴和肾脏调控
水平衡是水的摄入:饮水、食物中的水、代谢产生的少量水,与水的排出:尿液、汗液、呼吸和粪便中的水相匹配,使身体的水分,即成年人体重的一半到五分之三,保持稳定。口渴和肾脏在抗利尿激素的作用下调控它;没有任何配额能做到这一点。
问调节器在做什么:血液略微过浓 → 下丘脑感受器 → 口渴和 ADH (抗利尿激素) → 肾脏重吸收水,尿液减少;血液稀释 → ADH (抗利尿激素) 减少 → 尿液增多。计算每一个来源和每一项损失,而不是数杯数。
一个假设的成年人每天摄入约 2.5 L 水:五分之一来自食物,230 mL 在细胞内产生,排出量大致相同,其中 1.5 L 为尿液;在一个喝水很少的安静日子里,尿液减少且不口渴,正是平衡在维持的表现。
“每天八杯白水;咖啡不算。”没有任何研究支持这条规则;美国参考摄入量把食物和所有饮品都计算在内,包括咖啡,而且没有设定任何以杯为单位的规则。“感到口渴就意味着已经脱水了。”口渴是调节器对血液浓度小幅升高的回应,是系统在正常工作,尽管高温、运动、疾病和年龄可能让它跟不上。“平衡只关乎喝水。”肾脏每小时都在调整排出量。
解读营养学证据:一项研究能证明什么、不能证明什么
观察性研究记录人们吃了什么以及他们后来发生了什么;随机对照试验通过抽签分配食物并比较结果。前者显示关联,但本身不证明因果;后者可以证明,但仅限于它的干预、人群和时间。
对任何主张问三个问题:测量了什么、怎么测量的:自我报告会把能量摄入低估十分之一到三分之一;谁与谁比较,还有什么不同;以及它不可能证明什么:无效结果在它自己的剂量、人群和年限之外不说明任何问题。
在一项试验的安慰剂组中,至少服用了 80% 惰性药片的男性五年死亡率为 15.1%,而其余人为 28.3%:忠实服药标记了某一类人,无论怎样他们都表现得更好。
“吃 X 的人患 Y 更少,所以 X 预防 Y。”吃 X 的人在健康、财富和习惯上都不同;安慰剂依从者显示了这种差异能带来多大的影响。“试验一锤定音。”妇女健康倡议把 48,835 名女性随机分配到低脂膳食模式,发现心脏病或乳腺癌没有显著下降:脂肪减少了 8 个百分点,而不是 20% 的目标,持续了八年,而不是四十年;试验只能说明它能说明的。“研究测量的是人们吃了什么。”通常是他们说自己吃了什么。
观察性研究发现,吃更多富含类胡萝卜素的水果和蔬菜的人,以及血液中 β-胡萝卜素更高的人,患肺癌的更少。从 1985 年到 1993 年,一项随机试验给 29,133 名 50 至 69 岁的芬兰男性吸烟者服用 β-胡萝卜素、维生素 E、两者兼有或安慰剂,期望看到保护作用。结果恰恰相反:接受 β-胡萝卜素的男性肺癌发病率高出 18%(95% 置信区间 3% 至 36%),总死亡率高出 8%。关联是真实的;但原因不是那种药片,或者不是以那种形式和剂量。
一顿饭,七个概念综合运用
最后一个假设:晚餐吃米饭、扁豆、一勺油和一杯水,第二天早上一则头条说这样的晚餐“保护心脏”。标签上的数字是根据平均系数得出的估计值,而身体的将把它实际吸收的部分与一天中最大的消耗,即静息时维持生命,进行对账。
碗里的东西没有一样原样到达血液:把米饭的淀粉切成葡萄糖、把扁豆的蛋白质切成氨基酸,油走淋巴,膳食纤维去往结肠。到达的葡萄糖是用胰岛素纠正的一个扰动,到黎明时胰高血糖素将从肝糖原中维持血糖水平,而肌肉在燃烧:常规燃料,也是任何剩余能量会加入的储存。
氨基酸进入一个持续的池子;没有被构建的部分被脱氨基并燃烧。水,连同食物中的水,进入一个肾脏和口渴已经在管理的。
而那则头条:谁与谁比较,测量了什么、怎么测量的,以及这项研究不可能证明什么:,在相信之前先问。
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