能量代谢

能量代谢的基础

为了吸收能量，必须提供有机物质，以便人体从中获取有用的能量（能量代谢）。能源供应商是大量营养素碳水化合物，脂肪和蛋白质. 酒精还提供能量（7 kcal / g）。为了产生能量，大量营养素在体内逐步被氧化。大约60％的热量转化为热量，用于维持体温。剩余能量以以下形式存储腺苷三磷酸（ATP）或作为许多代谢过程的能源提供。能量通过裂解而释放腺苷三磷酸转化为二磷酸腺苷（ADP），游离磷酸盐（P）。由于细胞内ATP的供应非常有限，因此人体利用了不同的ATP再合成方式（合成=生产）。 ATP的再合成是通过产生厌氧和好氧的能量来进行的。人体需要能量来实现以下目的：

内源性物质的合成和更新。
机械工作，以及维持体温。
化学和渗透梯度

无氧能量生产包括ATP的重新合成肌酸磷酸盐和腺苷二磷酸和（厌氧）糖酵解（分解葡萄糖到ATP和乳酸盐）。有氧能源生产包括氧化葡萄糖（有氧糖酵解），免费脂肪酸（β氧化），和氨基酸（在特殊情况下）。细目分类葡萄糖，自由脂肪酸及氨基酸产生乙酰辅酶A作为中间产物，从中形成三磷酸腺苷并释放出碳二氧化碳和水（柠檬酸盐循环和呼吸链）。

工艺能耗

短期内通过厌氧能量产生或存在于骨骼肌中的葡萄糖可以满足因体育活动引起的骨骼肌能量需求的增加。血液。如果需要更多能量，糖原会分解为葡萄糖和葡萄糖-1-磷酸盐通过糖原分解法（储存的分解碳水化合物）并通过血液到需要能量的细胞。同时，脂肪酸分为甘油和游离脂肪酸（FFS）（脂肪分解/脂肪分解），并同样通过血液能量需求细胞的途径。脂肪分解的刺激是通过增加溶血脂来实现的激素（包括去甲肾上腺素, 皮质醇）并通过减少反溶质胰岛素（降低的胰岛素血液水平会导致脂肪细胞中的脂肪分解）。在密集的肌肉锻炼过程中或当糖原贮库大部分为空时，糖异生可从非碳水化合物前体中产生更多的葡萄糖（氨基酸, 甘油 or 乳酸盐）并将其提供为能源。由于通过氧化产生能量的复杂生化过程，有氧代谢过程运行缓慢，与无氧过程相比，每单位时间形成的ATP更少。休息时80％脂肪酸和20％的葡萄糖被氧化。在轻负载强度下，脂肪含量为70％酸和30％的葡萄糖。在较重的运动强度下，氧化率约为50％：50％。

营养素的能量含量

食物的生理热值与其在体内代谢（细胞呼吸）时的能量含量相对应，有时小于在火焰中完全燃烧时的热值（物理热值）。卡路里（cal）用作度量单位。 1克脂肪= 9千卡1克碳水化合物= 4千卡1克蛋白质= 4千卡

注意1克酒精= 7大卡

能源需求

人体的能量需求包括基础代谢率，食物诱导的生热作用和体育锻炼。基础代谢率描述了完全身体休息以维持身体功能所消耗的能量。它基本上由年龄，性别，身体细胞决定质量（肌肉和器官的质量），遗传前提，状态健康 (发烧）以及通过衣服或环境温度的隔热作用。女性的基础代谢率比男性低（约低200 kcal）。肌肉质量是基础代谢率的主要决定因素。基础代谢率占总能量消耗的55-70％。生热对应于食物摄入以及利用（消化）所需的能量消耗，吸收，运输，分解和重塑过程。生热的数量取决于所摄入食物的成分和数量：脂肪摄入能量的2-4％，脂肪摄入能量的4-7％碳水化合物，摄入的能量中有18-25％蛋白质。因此，食物诱导的热生成持续时间大约是相同能量含量的富含碳水化合物或脂肪的膳食之后两倍的时间。冷和热量，肌肉锻炼，心理刺激（应力，焦虑），激素及毒品生热与性别和年龄无关。生热约占总能量消耗的10％。基础代谢率和生热作用仅受轻微影响。身体活动分为有意活动和自发活动。有意活动是有意识地进行的活动（例如，职业工作，体育活动）。自发活动是例如自发性肌肉收缩，坐立不安，身体紧张。自发活动在很大程度上是遗传决定的，每天可消耗100至800 kcal。体力活动在总能量消耗中所占的比例是高度可变的，可以在15％至35％之间。在职业和休闲中体育活动水平低的个人中，总能量消耗的比例为15％至25％。能量消耗可以通过直接量热法（热量输出测量），间接量热法（气体交换测量），双标签来测量水 (金标准），或通过生物识别数据（人体细胞）近似质量 =肌肉和器官重量）。基础代谢率的测量必须在一致的标准化条件下进行：充足的夜间休息后的清晨；最后一次进食后超过12小时；躺着，没有身体运动，但是醒着；健康地流程条件; 裸露于27-29°C，室温或在23-15°C略穿衣服。如果测量是在不太标准化的条件下进行的，但是没有进行体育锻炼，并且经过了较长时间的禁食，则被称为静息能量消耗（REE）。如今，静息能量代谢率取代了所谓的基础代谢率，因为在实践中无法观察到为基础代谢率规定的测量条件。根据世界卫生组织计算的静态能量消耗（REE）：

男性的稀土元素= 10×体重[kg] + 6.25×身高[cm] – 5×年龄[年] + 5

女性的稀土元素= 10×体重[kg] + 6.25×身高[cm] – 5×年龄[岁] – 161

根据哈里斯和本尼迪克特计算静息能量消耗（REE）：

男性的稀土元素[千卡/天] = 66.473 +（13.752×体重[kg]）+（5.003×身高[cm]）–（6.755×年龄[岁]）

妇女的稀土元素[千卡/天] = 655.096 +（9.563×体重[kg]）+（1.850×身高[cm]）–（4.676×年龄[岁]）

根据Müller等人的方法计算静止能量消耗（REE）：

REE = 0.05192×无脂肪量[kg] + 0.04036×脂肪量[kg] + 0.89×性别（W = 0，M = 1）– 0.01181×年龄[岁]。

可以通过电阻抗分析（BIA）测量无脂肪量和脂肪量。建议使用根据Müller公式的公式，因为该公式基于德国人口的最新数据。公式的平均值（SEM）的标准误差（采样误差）为0.70，测定系数（R 0.71）为1。可以通过度量代谢当量（MET）或体力活动水平（PAL）来表示体力活动，以计算能量和/或总能量消耗。 MET：3.5 MET对应于2 ml O1 / kg体重/分钟的静息能量消耗。PAL：XNUMX PAL对应于静息能量消耗。该计算基于一项活动或锻炼方案.PAL值

睡觉	0,95
坐着活动	1.2到1.3	体弱的人
步行距离较小的坐姿活动	1.4到1.5	上班族
站立活动	1.6到1.7	组装线工人
主要是步行活动	1.8到1.9	服务员，推销员，工匠
体力活动	2.0到2.4	建筑工人，农民

举例45岁，体重90公斤，185厘米，办公室工作8小时（1.4 PAL），休闲8小时（1.4 PAL），睡眠8小时（0.95 PAL）。

静态能量消耗= 66.47 +（13.7×90千克）+（5×185厘米）–（6.8×45年）= 1,918.47 kcal /天

功耗=（8×1.4 PAL）+（8×1.4 PAL）+（8×0.95 PAL）/ 24 = 1.25 PAL

总能耗= 1,918.47 kcal /天×1.25 PAL = 2,398.08 kcal /天

摄入过多

提供给身体的能量超过了消耗量，被存储为贮藏脂肪。因此，过多的能量摄入（正能量平衡）是发展的主要原因超重 or 肥胖继发疾病。

不足

在能量不足的情况下（负能量平衡），身体就会依靠自己的能量储备。这些首先是糖原存储，在1-2天的低碳水化合物摄入后耗尽饮食。随后，储库中的脂肪（然后是肌肉蛋白）被分解为能量。负能量平衡是减轻体重增加的前提。

入学建议

能量需求受众多因素影响。中怀孕，婴儿，儿童和青少年需要额外的能量才能生长。哺乳期间，需要额外的能量来牛奶德国营养学会（DGE）给出了饮食能量需求的准则。

年龄	能量摄入准则值（大卡/天）
	m	w
婴幼儿
0至4个月以下	550	500
4至12个月以下	700	600

	PAL值1.4		PAL值1.6		PAL值1.8
	m	w	m	w	m	w
儿童和青少年
1至4岁以下	1.200	1.100	1.300	1.200	- -	- -
4至7岁以下	1.400	1.300	1.600	1.500	1.800	1.700
7至10岁以下	1.700	1.500	1.900	1.800	2.100	2.000
10至13岁以下	1.900	1.700	2.200	2.000	2.400	2.200
13至15岁以下	2.300	1.900	2.600	2.200	2.900	2.500
15至19岁以下	2.600	2.000	3.000	2.300	3.400	2.600
成人
19至25岁以下	2.400	1.900	2.800	2.200	3.100	2.500
25至51岁以下	2.300	1.800	2.700	2.100	3.000	2.400
51至65岁以下	2.200	1.700	2.500	2.000	2.800	2.200
65岁以上	2.100	1.700	2.500	1.900	2.800	2.100

这些数字指的是体重正常的人。对于偏离正常范围的情况，需要进行个别调整，例如超重。建议孕妇和哺乳期妇女摄取更多的能量。孕妇增加的能量摄入的准则值：

以下信息仅适用于怀孕前的正常体重，怀孕期间理想的体重增长（怀孕结束前体重增加12公斤）以及身体活动未减：

孕中期（孕晚期）怀孕）：+ 250大卡/天。
妊娠中期：+ 3大卡/天。

母乳喂养妇女额外摄取能量的准则：

如果在头4到6个月内完全母乳喂养：+ 500 kcal /天。

竞技运动中的能量代谢

在运动过程中，能量在肌肉中消耗，必须以食物的形式返回人体卡路里。与静止状态相比，工作肌肉的能量转换大约高300倍。因此，运动活跃的人们对能量的需求更高。但是，无论如何，重要的是不仅要满足肌肉的能量需求，而且还要保持平衡。饮食。在竞技运动中，不仅会燃烧葡萄糖和脂肪酸，还会燃烧重要物质，例如维生素和微量元素。它还需要充分供应所有能量载体，例如碳水化合物，脂肪和蛋白质。如果三个能量载体的供应不平衡，则不可避免地导致性能下降。如果将一名竞技运动员的能量需求与未经训练的人的能量需求进行比较，则可以观察到该运动员的能量需求显着增加。为了补偿造成的额外需求应力并能够获得最高的运动成绩，运动员的饮食应适合运动类型，应多样化，并由有益健康的混合饮食组成。竞技运动中的碳水化合物要求

观察人体内碳水化合物的代谢，值得注意的是，特别是简单的糖葡萄糖以及葡萄糖的糖原的储存形式对于立即提供能量很重要。除了脑，肌肉代表一个器官系统，该系统持续依赖于碳水化合物的供应。
根据运动员的训练水平，可以将不同量的葡萄糖储存在体内并在需要时释放。越优化耐力在运动员的状态下，可以储存更多的葡萄糖。总共可以存储约500克葡萄糖，相当于2000大卡。人体中葡萄糖最大，最重要的存储是肝.
但是，在肝被刺激释放葡萄糖，消耗糖原在肌肉中储备。
根据运动的类型，含能量的碳水化合物的需求和供应时间会有所不同。在耐力运动中，经常需要永久性和持续地供应葡萄糖。由于状态氧气存在期间耐力训练中，可以使用有氧能量产生机制。但是，如果有机体需要突然的高负荷，则有氧能量的产生太慢，因此不是替代方法。取而代之的是，身体诉诸于厌氧能量的产生。取决于负荷强度，厌氧的半乳糖或厌氧的乳酸的能量产生占主导地位。
比较能量产生机理，很明显，厌氧能量提供的优点是葡萄糖的快速代谢，但是作为缺点，可以看出绝对能量释放的分类要低得多。
碳水化合物在运动营养中起着重要作用，因为它们代表了肌肉的能量载体，脑和红细胞.
一克碳水化合物可提供4 卡路里和每公升氧气比脂肪多消耗约9％的能量。碳水化合物摄入不足会减少浓度并可能导致恶心和眩晕（头晕）。

负载下肌肉的能量供应。

生物体可直接用于产生能量的唯一化合物是ATP（三磷酸腺苷）。但是，由于低浓度在肌肉中，这仅足以进行几次肌肉抽搐，而不足以承受运动负荷。为了满足能量需求，肌肉通过提供肌酸磷酸盐，通过它可以提供大约15秒钟的肌肉。
对于理解肌肉的能量供应而言，重要的是要认识到，没有能量供应机制可以自己运行，而是所有能量供应机制可以同时并排运行。此外，重要的是要注意运动强度和持续时间是最重要的变量，用于确定哪个能量生产系统占主导地位。
在持续约XNUMX至XNUMX分钟的体育锻炼中，氧化能的产生尤为重要。例子包括柔道，拳击和中距离运行.
如果负荷持续更长的时间（最多45分钟），则主要需要产生有氧能量的机制。如果负荷持续时间更长，则脂肪酸还会大量代谢。
结果，对于运动员而言，需要在耐力负荷期间具有足够的含碳水化合物的基本营养以及额外的碳水化合物供应。另外，劳累后应尽快进行以补充商店的食物。

竞技运动中的脂肪需求

脂肪摄入量不应超过30％。脂肪是脂溶性的载体维生素 –维生素A，E，D，K –仅与脂肪结合吸收。
此外，脂肪对于隔热（皮下脂肪组织）很重要。每克脂肪中9.3大卡的能量代表了能量的集中来源，因此被认为是长期的肌肉燃料。与其他能量存储不同，脂肪存储几乎是无限的。但是，过多的脂肪会不利地影响碳水化合物的代谢，并限制新陈代谢，因为它仍然存在于食物中。胃更长的时间。
此外，饮食中过多的脂肪会降低身体机能，尤其是在耐力运动。因此，从营养医学和行为生理学的观点来看，应注意不要在运动员的饮食中摄入过多的脂肪，而最好食用植物性脂肪。植物脂肪如橄榄油，向日葵和花生油是必需脂肪酸的载体，对血清具有积极作用胆固醇水平.
在静止和长时间的中等强度运动中，肌肉细胞主要从脂肪燃烧。但是，如果负荷强度增加，则越来越多地使用碳水化合物来提供能量。因此，尽管身体机能有所提高，但仍然可以依靠脂肪消耗的代谢机制这一事实来认识受过训练的身体。

竞技运动中的蛋白质需求

蛋白质在运动员的饮食中非常重要，因为蛋白质是锻炼肌肉的必需品，激素，免疫蛋白的形成酶调节新陈代谢。饮食中蛋白质应占10-20％。没有专门的商店，如碳水化合物或脂肪。相反，肌肉和肝，而且血液中的蛋白质成分也是蛋白质载体。
蛋白质仅在很小的程度上有助于提供能量。但是，由于高强度和长负荷强度导致碳水化合物摄入不足或存储空荡荡，因此需要蛋白质储备来提供能量。如果体育活动的持续时间特别长，则可以以氨基酸形式燃烧5％至15％的蛋白质。氨基酸缬氨酸亮氨酸尤其是异亮氨酸被用于能源生产。体内的激素变化也有助于增加氨基酸的消耗。
人体能够将蛋白质转化为碳水化合物。如果饮食中摄入的碳水化合物过多，则会导致内源性蛋白质向碳水化合物的转化增加（葡萄糖从糖生性氨基酸的糖异生作用）。但是，结果会导致蛋白质缺乏症。蛋白质缺乏会降低身体机能并降低免疫反应。当除了肌肉发达时，蛋白质损失也会增加应力，饮食中提供的蛋白质太少。
训练会导致体内分解代谢过程，持续供应必需氨基酸重要的是氨基酸缬氨酸亮氨酸，异亮氨酸，苏氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸， tryptophan 和赖氨酸不能由身体形成，这使得通过食物供应成为当务之急。
合适的蛋白质来源是低脂乳制品，瘦肉，鱼以及豆类。动物蛋白与更高品质的植物蛋白形成对比，并更好地满足了人体对蛋白质的需求。不同的生物学价值是由于不同数量的必需氨基酸包含。但是，没有植物蛋白是没有必要的。这必需氨基酸可以补充动物和植物食品中的一部分，以达到同样高的生物学价值。有利的组合是土豆和鸡蛋或奶制品以及谷物和鸡蛋，奶制品或豆类。
对于密集的肌肉锻炼，每公斤体重不超过0.2-0.3克蛋白质是必需的。但是，饮食中蛋白质摄入过多不能增加肌肉的形成。蛋白质过多会促进新陈代谢疾病的发生，例如高尿酸血症 (痛风）。由于过多的蛋白质排泄，蛋白质摄入过多会给肾脏带来很大的压力。尿素. 肾可能会造成损坏。

在各个运动阶段（例如耐力负荷，实力耐力运动，快速地实力和速度耐力，力量运动和敏捷性以及协调，有不同的常量营养素需求。耐力运动员，例如跑步者和游泳者，需要大量的碳水化合物来维持自己的身体。另一方面，蛋白质弥补饮食中最少的量。如果运动员更喜欢实力诸如举重和铅球之类的成分，饮食中的蛋白质应高达20％，以支持肌肉生长。大量营养素分配在运动营养中。

重要营养素	耐力	强度
碳水化合物	50，60％	38，46％
脂肪	27，33％	32，40％
蛋白质	14，16％	20，24％

竞技体育和能源供应

肌肉活动需要能量，能量是由内源性化合物三磷酸腺苷（ATP）提供的。为了获得ATP，必须转换摄入的大量营养素（重要物质），例如碳水化合物，脂肪和蛋白质。在三磷酸腺苷的帮助下，人体可以利用大量营养素中的重要能量。另一种富含能量的化合物是肌酸磷酸盐（KrP）。在能源需求增加的情况下，KrP可以快速转换为ATP。因此，磷酸肌酸可以存储更长的时间，而三磷酸腺苷则是更短期的能量存储。在运动员锻炼身体并锻炼肌肉的同时，ATP被分解以提供肌肉所需的能量。由于肌肉中ATP的可用量有限，因此必须连续再生。 ATP的合成有四种不同的方式：磷酸肌酸裂解由于肌肉能量的供应是通过氧气在高性能（短时间，非常剧烈的运动，强力施加）中不足以产生抗氧化和厌氧的能量。在短距离的短跑，摔跤或跳跃中，能量需求增加，并且由于KrP裂解，人体可以非常快速地提供ATP，但数量很少。因此，能量只能在有限的时间（几秒钟到几分钟）内使用。短期和长期的压力都会减少可用的肌酸磷酸的量。因此，有必要通过足够的食物摄入来增加肌酸磷酸肌酸的储存，以延长性能。尤其是鱼类（鲱鱼，鲑鱼，金枪鱼）和肉类（猪肉，牛肉），由于肌酸含量高，应大量食用。乳酸肌肉能量供应是有氧的，因此是通过充足的氧气供应来进行的。大量营养素和微量营养素（重要物质）被氧化利用。在最大，高强度负荷下–中距离跑步–碳水化合物的吸收被利用，葡萄糖发生氧化。 ATP供应。糖酵解增加导致糖酵解增加乳酸产生并因此增加了肌肉细胞中乳酸的含量。这会导致细胞内的pH值变化–降低血液中的pH值–并使肌肉酸化（乳酸酸中毒）。一方面，乳酸抑制肌肉的收缩，另一方面，酶产生肌肉能量。结果，肌肉疲劳，导致性能下降。最终必须终止体力活动。完全燃烧肌肉能量的供应也是有氧的，因此要通过充足的氧气供应。在长时间，最大和高强度的运动中-越野跑取决于强度-糖原被完全燃烧成碳二氧化碳和水。能量载体ATP以缓慢的速率大量形成，因此在运动过程中保持尽可能高的性能。糖原的储存非常有限，仅能进行约90分钟的剧烈运动。一旦肌肉中的糖原储备耗尽，性能就会下降。这种能量供应的速度比脂肪分解的速度快，并且相对于分解的氧气而言，所吸收的氧气量要多提供约9％的能量。完全燃烧脂肪长时间进行中低强度运动–越野跑时间更长，具体取决于强度–生物体完全满足其60％以上的能量需求燃烧脂肪酸碳二氧化碳和水。由于有足够的氧气供应，所以能源供应是有氧的。由于长时间的低速运动，ATP的供应速度适中。形成的ATP总量以及可用的脂肪比例几乎是无限的，这意味着可以长时间保持性能。因此，如果身体不会过度劳累，并且在较长的时间段内承受较低的强度，则可以提高耐力，并稳定身体。免疫系统并确保很大一部分脂肪燃烧。只有保证有足够的氧气供应，脂肪才能有效燃烧。通常，所有形式的ATP合成都是并行运行的，但是比例不同。哪种新的ATP形成方式具有优先权，取决于负荷的类型，强度和持续时间。负荷越强（例如，运动员跑步越快），脂肪酸越少，糖原燃烧越多。除了不同运动中的个别常量营养素分布（需求）外，其他能量消耗也有所不同。不同主要运动形式下的额外能量消耗。

主要负荷形式	每小时卡路里的能量消耗
耐力–中长距离运行，骑自行车，游泳的等等。	300-800
敏捷，协调 –高尔夫，体操，瑜伽等等。	150-550
实力– 健美运动，举重，铅球等。	500-700
力量耐力–芭蕾舞，骑自行车，划船等等。	300-1.100
速度耐力–篮球，足球，手球等	300-1.200
快速度–棒球，田径等	500-1.000