7.1.1 人体需要哪些营养素

人体必需的营养素包括水、糖类、蛋白质、脂质(包括脂肪、胆固醇、磷脂等)、维生素和矿物质等6类。

7.1.2 人和动物生命活动所需的能量来自食物中的化学能

大多数细胞所需要的能量大部分是由于六碳糖(葡萄糖)的分解,释放出储存于它的化学键中的能量来提供的。血液中的葡萄糖主要是由食物中的淀粉分解后所提供的。即使在食物中糖类(淀粉等)含量不足的情况下血液中葡萄糖的浓度也会保持在正常水平。这是由于自然选择使我们的身体具有从非糖分子制造葡萄糖的能力。蛋白质中的氨基酸可以转变成葡萄糖,脂肪中的甘油成分也可以转变为葡萄糖,脂肪酸成分也可以被作为能源物质而利用。这种转化能力很强,以致爱斯基摩人、南美洲牧人等长期食用动物性食物,很少吃糖类,却仍然健康有力,血液中葡萄糖水平保持正常。

7.1.3 人和动物的生命活动服从能量守恒定律

单位时间内人或动物所需要的全部能量称为代谢率。如果人体不进行体力活动和脑力活动,只维持清醒状态,在单位时间内生命活动所需要的最低的能量称为基础代谢率。这些能量绝大部分用于维持心脏、肝、肾、脑等内脏器官的活动。同一个人的基础代谢率是相当稳定的,即使在不同的日子测定也是一样。

7.1.4 糖类和脂质都是构建身体所必需的

进一步的实验发现两种不饱和脂肪酸对于维持动物的健康是必需的,它们是亚油酸和亚麻油酸。这两种脂肪酸存在于植物中,但在动物油脂中却很少。它们参与免疫过程、视觉功能、细胞膜形成和某些激素的生成。它们有促进生长、防止皮炎的作用。
脂肪还是脂溶性维生素的来源,排除食物中的脂肪也就排除了脂溶性维生素,会影响身体健康。

7.1.5 蛋白质是建造和修复人体的原料

我们的身体可以利用糖制造脂肪,或利用蛋白质、脂肪制造糖,但不能利用糖和脂肪制造蛋白质。我们必须从体外获得蛋白质,也就是说我们的食物中必须包含有足够的蛋白质。食物中缺少蛋白质会使幼儿、少年生长发育迟缓、体重过轻,使成年人产生疲乏、肌肉消瘦、贫血、浮肿等症状。

7.1.6 蛋白质中的9种氨基酸是必需的营养素

发现只要食物中含有8种氨基酸就可以维持身体健康。这8种氨基酸是:苏氨酸赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸和异壳氨酸。这种氨基酸是人体内不能合成的,称为必需氨基酸。后来发现,组氨酸也是人体所必需的。食物中有了这9种氨基酸,便可在体内合成其他的氨基酸。必需氨基酸是不可替代的,每一种都有它的特殊作用,缺一种就会产生严重的后果。人和动物体内并不能储存氨基酸,必需氨基酸必须在全部同存在的情况下才能合成蛋白质。
不含全部必需氨基酸的蛋白质称为不完全蛋白质,含全部必需氨基酸的蛋白质称为完全蛋白质。动物蛋白质(除明胶蛋白质外)含全部必需氨基酸,营养价值高。有些植物蛋白质不含全部必需氨基酸,但将几种植物蛋白质混合后各种必需氨基酸相互补充,接近人体需要的比值,提高了生物学价值。在这方面我
国民间有丰富的经验,例如,在玉米面中加豆粉,用两种面(玉米和小麦)做食品,都可以提高生物学价值。

7.1.7 维持身体健康的钦食必须包含多种维生素

维持正常健康的生活,还必须有维生素和矿物质。维生素都是
一些小分子的有机化合物。这类化合物既不是构成身体的原料,也不是提供生命活动所需能量的来源,而是身体代谢过程所必需的物质;虽然所需的量很少(每日需要量以毫克或微克计),但确是身体自身所不能制造的,必须从食物中获得。
维生素可以区分为两类:一类是水溶性维生素,有：维生素B1、维生素B2(核黄素)、维生素B6(吡哆醇)、泛酸、生物素、烟酸、叶酸、维生素B12和维生素C;另一类是脂溶性维生素,有维生素A、维生素D、维生素E和维生素K。

7.1.8多种矿物质也是维持身体健康所必需的

19世纪末人们就已认识到食物的不可燃烧部分,即由矿物质组成的部分,也是维持生命所必需的。然而直到近几十年这种成分的重要性才日益显露出来。人们越来越认识到体内矿物质的平衡是保持健康的重要因素。
必需的矿物质中所含的元素又可分为常量元素和微量元素两类。必需的常量元素为钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁。必需的微量元素有铁、锌、硒、锰、铜、碘、钼、铬、氟、硅、矾、镍和锡等。
（1）钙 钙是骨骼和牙齿的重要成分。
（2）磷 磷约占人体体重的1%。人体中85%~90%的磷以磷酸钙的形式沉积于骨骼和牙齿中。
（3）氟 氟是一种必需的营养素。微量的氟是机体正常钙化和正常生殖活动所必需的,但摄入过多的氟会产生毒害。

7.1.9 营养过剩是现在常见的病态

7.1.10 我国居民的膳食原则

中国营养学会的专家们根据营养学原则结合情制定了《中国居民膳食指南》(1997年4月)(简称《指南》,2007年12月又作了修订。

7.2 动物处理食物的过程

7.3 人的消化系统及其功能

7.3.2 食物通道与呼吸通道在咽部交叉

7.3.3 食管蠕动将食物挤入胃

7.3.4 胃贮存食物并消化一部分食物

在口腔中经过咀嚼,混有唾液的食团经过很短的时间就被送入胃中。刚进人胃腔的食团基本上是层一层地堆叠在胃中,没有与胃液混合。因此,在口腔中来不及发挥作用的唾液淀粉酶便在胃中继续发挥作用,将淀粉分解成双糖(麦芽糖)。直到胃液
与食团混合成为食廉后,唾液淀粉酶因pH偏低而失活(它只在中性和微碱性的环境中发挥促进淀粉分解的作用)。大约有70%的淀粉是在胃中被唾液淀粉酶所分解的。
食物的刺激还促进黏膜中的腺体分泌胃液进入胃腔。胃腺中的壁细胞向胃腔中分泌HCl,而另一种分泌细胞即主细胞,则向胃腔中分泌胃蛋白酶原。胃蛋白酶原经胃液中的HCl的激活变成胃蛋白酶,便可将蛋白质分解成多肽。
胃还有另一个重要作用,即分泌内因子。内因子是胃黏膜壁细胞分泌的。缺少内因子,维生素B12便不能被吸收,而维生素B12对红细胞的形成是必需的。它可在肝中大量贮存。因此切除胃的人在短期内不会出现恶性贫血症,但会在手术几年之后出现此病。

7.3.5 消化性溃疡是由幽门螺杆菌引起的

消化性溃疡包括胃溃疡和十二指肠溃疡,是一种常见的慢性消化系统疾病。最易发生的部位为十二指肠前几厘米处,胃窦部沿胃小弯处也常发生,食管下端也时有发生。近一个世纪以来医学界认为它是由胃液的消化作用而引起的黏膜损伤。它的根源是胃液分泌过多,超过了胃分泌的黏液对胃的保护程度以及十二指肠液中和胃酸的能力。后来才发现明确了幽门螺杆菌的感染与消化性溃疡密切相关。

7.3.6 小肠是消化食物与吸收营养素的主要器官

小肠长约5~7m,分为十二指肠、空肠、回肠三部分。十二指肠最短,只有20-25cm,空肠和回肠分别约占全长的2/5和3/5。

1. 胰、肝都向小肠分泌消化液
   

   酸性食糜从幽门进入十二指肠就会刺激肠黏膜,引起胰腺分泌大量的胰液。胰液含有碳酸氢盐,进入小肠后中和来自胃液的盐酸,使小肠内的环境变为碱性,便于各种胰消化酶发挥作用。胰液含有多种消化酶,几种主要的营养素都在胰消化酶的作用下分解。肝分泌的胆汁中的胆盐参与脂肪的水解。

2. 小肠的多种运动形式有利于食物的消化与吸收
   

   小肠特有一种混合性运动,称为分节运动。分节运动是在同一时间内肠管的多处环行肌收缩,将肠管中的食糜分成许多小段。接着,原来收缩处的环行肌舒张,而原本舒张处的环行肌收缩,又将食糜分成另一些小段。如此反复进行,使食糜与消化液充分混合,与肠壁广泛接触,有利于食物的消化与吸收。

3. 小肠具有的特殊结构有利于吸收营养素
   

   小肠是消化管中担负着营养素主要吸收任务的器官。适应于它的功能,小肠在结构上也很有特色。小肠结构的特点是通过3种方式增大吸收的表面积:一是小肠黏膜的环行皱褶;二是黏膜形成的指状突起,称为绒毛;三是绒毛上的柱状上皮细胞面向肠腔的一端细胞膜突起,形成很多的微绒毛。这3种结构使小肠的吸收表面积比小肠管的内表面增大600倍。

4. 各种食物的消化和吸收
   食物中的多糖和双糖被胰淀粉酶水解成为单糖,在小肠黏膜上皮细胞的微绒毛上被吸收。单糖分子依靠微绒毛膜上的载体主动转运进入上皮细胞。食物中的蛋白质基本上是在胃和小肠上段被消化的。胃蛋白酶将蛋白质分解为、胨和大分子多肽。在小肠中胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)、羧肽酶的催化之下,蛋白质进一步分解,产生小分子多肽和少量氨基酸,最后小分子多肽被小肠上皮细胞分泌的肽酶分解成氨基酸。氨基酸也是在小肠中由黏膜上皮细胞微绒毛上的载体主动转运进入上皮细胞的。食物中的脂肪主要是在小肠经胰脂肪酶的作用而水解的。
   脂肪消化的第一步是在胆汁中的胆盐作用下降低脂肪的表面张力,再经肠管的分节运动和蠕动将脂肪滴分散成微滴。这样极大地增加了脂肪的总表面积,使胰脂肪酶能够充分发挥分解作用,将脂肪分解为脂肪酸和甘油。脂肪酸和单酰甘油酯易溶于上皮细胞微绒毛的脂质双分子层并扩散到细胞内。因此,脂质消化分解的最终产物是通过扩散穿过细胞膜的。
   水的吸收是被动的渗透过程。如果肠腔中的溶液是低渗透压的溶液,则其中的水被迅速吸收。如果肠腔中的溶液是高渗透压溶液,则水分子会由肠壁向肠腔中转移。当肠腔中食糜内的溶质分子被肠壁吸收后,肠内的溶液变为低渗透压的,由于渗透压的差别, 使水向肠壁扩散。因此水在肠管中是伴随着溶质的被吸收而进入人体内的。
   7.3.7 大肠吸收水和各种电解质并排出粪便
   

   小肠中的食糜经过消化与吸收后通过回盲瓣进入大肠。回盲瓣的主要功能是防止粪从结肠反流入小肠。突出于盲肠腔的回盲瓣的构型完全适应这一功能。通常回盲瓣能抵抗50~60cm水柱的反向(从盲肠到小肠)压力。
   
   大肠由升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠和直肠构成。结肠有2项功能:从食糜中吸收水和各种电解质;贮存粪便物质,直到它们被排出。水和电解质的吸收主要在上半段进行,结肠的下半段的主要功能是贮存。在结肠的上半段生长着大量的细菌,特别是大肠杆菌。这些细菌可产生维生素K、维生素B12、维生素B3(硫胺素)、维生素B2(核黄素)等物质以及气体。其中以维生素K特别重要,因为正常食物中它的含量较少,人体需要吸收细菌产生的维生素K以维持正常的血液凝固。
   每天大约有500~1500mL的液态物质从小肠进入大肠。水和电解质被吸收后仅剩200mL的物质从大肠排出。正常排出的粪便中水分约占3/4,固体物质约占1/4。固体物质中约70%为不能消化的物质以及消化液中的固体成分,如脱落的上皮细胞
   等;约30%是细菌。粪便的气味主要是由细菌的活动产生的,取决于结肠中的细菌种类和所食的食物。大肠有类似小肠分节运动的混合性运动,不过规模更大些使大肠中的物质充分与大肠黏膜接触, 其中的水分和电解质逐渐被吸收。
   大肠还有一种集团运动。通常在横结肠和降结肠发生一段长约20cm的收缩。在这一范围内将粪便压缩成团块并推向下部的结肠。当集团运动把一团粪便推入直肠时,便会产生要排便的感觉。
   排便也是一种反射活动。当直肠受到刺激时可引发强烈的蠕动波,促使降结肠、乙状结肠和直肠收缩,肛门外括约肌舒张,将粪便排出。

7.4 脊椎动物消化系统的结构与功能对食物的适应

脊椎动物消化系统的基本结构是相似的。但由于动物的食物不同,它们的消化系统也有很多变异般地说,消化系统的结构与功能都适应于动物的食物。例如,食草动物的消化管的长度与身体体积的比例就大于食肉动物的比例。由于植物性食物含有纤维素构成的细胞壁比肉类食物更难消化,食草动物的消化管更长一些,可以提供更长的消化吸收的时间和更大的吸收营养的面积。即使在同一种动物,在它的食性改变后消化管的长度也会相应地改变。青蛙就是一个例证。青蛙在蝌蚪时期主要是食草的,而成年的青蛙则是杂食性的。蝌蚪消化管的长度与身体体积的比例大于青蛙消化管长度与身体体积的比例。这是由于当蝌蚪向成体转变时,身其他部分比消化管生长更快,使成体青蛙的消化的长度与整个身体之比相对变小。哺乳动物不能消化纤维素,但许多食草哺乳动(如马和象)在盲肠和大肠中寄居着消化纤维素的菌和原生动物这些微生物能将纤维素转化为单糖等营养素,一部分被大肠和盲肠所吸收,大部分则在粪便中流失。
哺乳动物中的一部分食草动物在进化过程中出现了“反刍”功能。这些动物属偶蹄目反刍亚目,包括长颈鹿、鹿、骆驼、牛、绵羊和山羊等。多数反刍哺乳动物有4个胃,即瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。前3个胃不分泌胃液,只有皱胃分泌胃液。反刍动物进食快,短时间内采食大量草茎,吞入瘤胃。休息时再将这些未经充分咀嚼的食物经食管送回口腔,仔细咀嚼后再吞入胃内。瘤胃内寄居着大量的细菌和原生生物。这些微生物可以分解纤维素为单糖。这些经过微生物分解的食糜逐步进入瓣胃和皱胃,由反刍动物自身的消化液进行消化。这样反刍动物可以比非反刍动物(如象、马)从草料中获得更多的营养素和能量。