营养学－概念与争论（第13版）

3奇妙的人体

启发提问营养会影响免疫系统的功能吗？“人如其食(指饮食可反映一个人的性格与生活环境)”，这是真的吗？盘中餐是如何能转化成身体的营养的？你应该服用解酸药缓解胃灼热吗？ 学习目标LO 31描述身体的不同组织系统，以及给这些组织提供营养的一些基本方式。LO 32描述体液和心血管系统之间的关系以及它们对身体组织的滋养和维护的重要性。LO 33归纳神经和激素系统与营养之间的关系。LO 34描述营养与免疫是怎样相互关联的，以及炎症对身体健康的重要影响。LO 35比较术语机械消化和化学消化，就碳水化合物、脂肪和蛋白质来说，指出这些消化过程都发生在消化道的什么部位。LO 36给出一些常见的消化问题，并提出能够改善这些问题的饮食变化的建议。LO 37描述肺、肝、肾和膀胱的排泄功能，以及为什么它们对保持正常的身体功能非常重要。LO 38明确糖原和脂肪是体内两种营养素的储存形式，而肝、肌肉和脂肪组织是体内储存它们的器官和组织。LO 39说明术语“适度饮酒”的意思，讨论这种水平的饮酒对健康的潜在影响，消极的和积极的。

在受孕那一刻，你就以DNA的形式从父母那里继承了基因，而他们又是从他们的前辈那里继承来的。从那一刻起，你的基因就一直在幕后工作，指导你身体的发育和功能。你的许多基因起源古老，与几千个世纪以前的基因相比只是稍有变化，但如今你生活在21世纪的食物、奢侈品、烟雾、污染和其他一些优越条件和问题中，这使得从今天的食物里随意选择的饮食不保障能够满足你这“古代人”身体的需要。不像你的祖先，从他们周围的野生动植物汲取营养，你必须了解：自己的身体是怎样工作的？它需要什么？以及如何选择满足它需要的食物。31人体细胞LO 31描述身体的不同组织的系统，以及给这些组织提供营养的一些基本方式。

人体是由上万亿个细胞组成的，这些细胞没有一个知道关于食物的任何事情。你饿了想吃水果、牛奶或面包，可是你身体的每一个细胞需要的是营养素——食物里的关键成分。本章主题就是身体细胞如何相互合作来获取和利用营养素的方式。

图31一个细胞(简化图

身体的每一个细胞都是一个独立的、有生命的实体(图31)，同时它依赖其他身体细胞供应它的需求。在细胞中最基本的需求是能量以及产能用的氧气，细胞也需要水来维持它们生活的环境；以及需要构件和控制系统；还特别需要自己不能制造的营养素，也就是第1章中说的必须由食物提供的必需营养素。饮食安排的及时个原则就是我们选择的食物必须提供能量和包括水在内的必需营养素。作为有生命的个体，细胞总会死亡，虽然速度不同。有些皮肤细胞和红细胞必须每10～120天就更新一次；消化道内壁细胞每3天更新一次；在正常的情况下，很多肌细胞每几年才更新一次；肝细胞在肝需要修复的时候就能够很快地更新；有些脑细胞不能更新，一旦因受伤或疾病而受损就永远不能恢复了。所有的细胞互相合作，共同支持整个身体的运作。而每个细胞内的基因决定了细胞的作用到底是什么。311基因控制功能每个基因都是指导一个或多个蛋白质合成的蓝图，如怎样合成一个执行细胞工作的酶(enzyme)。基因也为细胞生存所需的所有结构成分提供指令(图32)。每个细胞中都包含一组完整的基因，但不同的基因在不同类型的细胞中活跃程度不同。例如，在一些小肠细胞中，指导合成消化酶的基因很活跃，但制造指甲和头发角蛋白的基因就处于沉默状态；在身体的某些脂肪细胞(fat cells)中，制造代谢脂肪的酶的基因就很活跃，而消化酶基因则处于沉默。初步研究揭示营养素也会参与基因的激活或抑制。

图32从DNA到活细胞

如果人类基因组是一本指导怎样制造人类的书的话，那么DNA的23对染色体就是书中的各个章节。每个基因都是一个单词，而形成DNA的各个分子就是字母表中的字母。

基因会影响机体处理营养素的方式。一些基因中的某些变化会改变机体吸收、代谢或分泌营养素的方式。偶然情况下，一个基因变异可能引起终生疾病，即遗传性代谢缺陷(inborn error of metabolism)，可能需要特殊饮食才能减少它对人体潜在的伤害。先天性疾病苯酮尿症(phenylketonuria)就是其中的一个例子，患者由于遗传变异使得身体没有能力代谢苯丙氨酸，必须严格限制苯丙氨酸的摄入，所以要求食品制造商要在一些含有苯丙氨酸的食物，如某些含有苯丙氨酸的人造甜味剂上印上警示标签。营养素也会影响基因。例如，体液和组织中的一些营养素和植物化学物质的浓度就会影响基因制造的某些蛋白质的多寡，这些变化进而会改变机体的功能，最终会影响到身体的健康和疾病状态(争论11详细描述)。312细胞、组织、器官和系统细胞组成了组织(tissue)来执行专门的任务。例如，一个个肌细胞组成了能收缩的肌肉组织。而相应的，各种组织又一起形成了整个的器官(organ)。例如，在我们称为心脏的器官中，肌肉组织、神经组织、结缔组织会和其他组织一起工作来泵出血液。有些机体功能是由几个相关器官一起组成的身体系统(body system)来完成的。如，心脏、肺和血管一起组成心血管系统，把氧气运给全身的细胞。下面的几段将介绍与营养密切相关的几个系统。要点 身体细胞需要能量、氧气、营养素以及水来维持健康并履行他们的职能； 基因指导每个细胞蛋白质(包括酶)的制造； 特殊细胞群聚在一起形成组织和器官，器官共同在身体系统内工作。术语细胞：能够独立存活的最小生命单位。酶：促进化学反应的蛋白质，见第6章。脂肪细胞：专门储存脂肪、形成脂肪组织的细胞。脂肪细胞还分泌脂肪代谢的酶，以及与食欲和能量平衡有关的激素。(第9章)遗传性代谢缺陷：出生就存在的可能导致疾病的基因变异。苯丙酮尿症：遗传性代谢缺陷，干扰机体处理苯丙氨酸的能力，会给婴儿和儿童的脑和神经发育带来严重的后果。组织：一起执行某种特殊功能的一群细胞，如肌肉、神经、血液和骨骼。器官：由组织组成的执行特殊功能的独立的结构单位，如心脏、肝和脑。身体系统：一系列共同执行一种功能的器官，如循环系统、呼吸系统和神经系统。

你知道吗？DNA是大分子，在它的结构中编码着所有的遗传信息，基因是沿着一个细胞的DNA链分布的遗传单位。32体液和心血管系统

LO 32描述体液和心血管系统之间的关系以及它们对身体组织的滋养和维护的重要性。

体液不断地为组织提供能量、氧和包括水在内的营养素。体液不断循环收集新鲜的供给物，并把废物运到废品站。每个细胞都在不停地从体液中摄入氧和营养素，并把二氧化碳和其他的废物排放到体液中。身体的循环液体是血液(blood)和淋巴液(lymph)。血液在动脉(arteries)、静脉(veins)、毛细血管(capillaries)和心脏的房室中流动(图33)。淋巴液在它本身独立的一套管道中流动。

图33心血管系统中的血液流动

围绕细胞之间循环的是其他液体，例如血液中的血浆(plasma)，会围绕白细胞和红细胞循环，以及围绕肌细胞循环的液体(图34)。围绕细胞的液体胞外液(extracellular fluid)来源于毛细血管中的血液，这些液体从毛细血管壁中渗出，并围绕细胞外部流动，以便进行物质交换。

图34体液在细胞周围循环

上面的方框中是一小块组织，血液从毛细血管网(放大)中流过。

下面的方框阐明了细胞外液体的流动。

一部分胞外液可以重新进入毛细血管回到血液中，留在毛细血管之外的液体形成了淋巴液通过淋巴管在体内循环。在靠近心脏的地方，大淋巴管汇入血管，淋巴液回到血液中。这样，所有的细胞都能由心血管系统来提供养料。细胞内液体，简称为胞内液(intracellular fluid)，为所有细胞反应的发生提供了媒介；它的压力能够帮助细胞保持它们的形态。胞内液是从浸泡着细胞的胞外液内汲取的。血液循环到肺(lungs)，从肺中收集氧气，并将来自细胞的二氧化碳释放(图35)。然后血液回到心脏，心脏有力的搏动把来自肺的富含新鲜氧气的血液输送到全身的组织中。当血液流经心血管系统的其余部分时，会把细胞需要的物质运进来，同时收集细胞产生的废物。

图35肺中氧气二氧化碳交换

当血液流经消化系统时，血液会把氧气供给那里的细胞，同时从小肠(intestine)中吸收除了脂肪及其相关物质之外的所有营养素，然后运往全身。淋巴管会从小肠中吸收大部分脂肪，然后把这些脂肪运回血液(图36)。所有从消化系统中流出的血液都直接流进肝(liver)，肝的特殊任务是用化学方法把吸收的物质变得更易被其他组织吸收。此后，在流经肾(kidney)时，血液中的废物被清除掉。所以血液将来自小肠的营养素带给肝，肝再将营养素传输到心脏，心脏再用泵将营养素输送给等待的身体组织。

图36淋巴管和血液循环——营养素流在体内循环

为了确保所有的细胞液高效循环，需要摄入足够的液体，这就是说每天要喝足够的水来补充损失的水分。心血管健康也非常重要，需要随时注意营养和体育活动来维持。健康的红细胞也起着重要作用，因为它们把氧气运给所有其他的细胞，使它们能够利用燃料产能。因为红细胞从产生到死亡只有大约4个月的时间，人体就必须不断地更新红细胞，更新过程就会需要食物中的许多必需营养素。因此，血液对营养不良很敏感，常常能反映出由于饮食营养缺乏或维生素、矿物质失衡造成的饮食失调。要点 血液和淋巴把营养素运往身体的所有细胞，并且运走废物； 心血管系统确保体液在所有组织内正常循环。术语血液：心血管系统中的液体，由水、红细胞、白细胞、营养素、氧气和其他成分组成。淋巴液：由血液中进入细胞外空间然后在淋巴管中流动，回到血液中的液体。动脉：把含有新鲜氧气的血液从心脏运往全身的血管。静脉：把收集了二氧化碳的血液由全身运往心脏的血管。毛细血管：连接动脉和静脉的微小的网状血管，血液和组织通过其进行物质交换。血浆：血液和淋巴液中不含细胞的液体部分。胞外液：存在于细胞外部的液体。肺：气体交换的器官，血液流经肺时放出二氧化碳，吸收氧气运往全身组织。小肠：人体中细长的管状的消化器官，营养素吸收的部位。肝：大型叶状器官，位于肋骨之下。肝过滤血液；吸收和加工营养素；产生运往身体其他部位的物质；降解毒素，或者把毒素储存在血液循环之外。肾：一对从血液中滤除废物的器官，能产生尿，并把尿送到膀胱排出体外。33激素和神经系统LO 33归纳神经和激素系统与营养之间的关系。

除了体液、血细胞、营养素、氧气和废物，血液还能把化学信使激素从一个细胞系统运给另一细胞系统。激素(hormones)能够传达身体的状态变化，需要身体的器官做出相应的反应。331激素与营养有什么关系？激素由被称为腺体的器官分泌，直接进入血液。体内的腺体和激素很多，每一种腺体监控一种身体状态，并且分泌一种或多种激素来调节这种状态。每一种激素都是一种信使，会刺激不同的器官产生适当的反应。例如，当胰(pancreas)(一种腺体)感受到血糖(葡萄糖)浓度高的时候，它会释放出一种激素——胰岛素(insulin)，刺激肌细胞和其他细胞从血液中汲取葡萄糖并储存起来；当血糖浓度下降时，胰会分泌另一种激素——胰高血糖素(glucagon)，肝会对胰高血糖素做出反应，把它以前储存的一些葡萄糖释放到血液中。这样人体就可以维持正常的血糖水平。营养会影响激素系统，饥饿、进食和运动都会改变激素平衡。例如，在变得很瘦的人们中，改变了的激素平衡会导致他们的骨骼失去矿物质，变得脆弱。反过来激素也能够影响营养状态，它们与神经系统一起调节饥饿感，并且能影响食欲；激素会通过传递信息来调节消化系统，告诉消化器官已经吃了什么食物，相应的每种消化液应该分泌多少。激素还会调节女性的月经周期，它们影响月经周期和孕期中食欲的变化。生病的人没有食欲也可能部分源于激素水平的变化。激素还能调节人体对压力的反应、饥饿感、营养素的消化和吸收。如果想知道一个人的营养或健康情况，这个人的激素系统的状态通常能提供一部分答案。要点 腺体分泌激素，激素作为信使帮助调节身体代谢。术语激素：在身体状态需要调节时，由腺体分泌到血液中的化学物质。这些物质作为信使，作用于其他器官来维持稳定的状态。胰：一个有两个主要功能的器官，其一是内分泌功能——制造胰岛素等直接分泌到血液中的激素；另一功能是外分泌功能——制造消化酶，由管道释放到小肠帮助消化。胰岛素：一种由胰分泌的帮助葡萄糖由血液进入细胞的激素(详见第4章)。胰高血糖素：一种由胰分泌的激素，刺激肝把葡萄糖释放到血液中。332神经系统与营养是怎样相互作用的？身体的另一个主要的传导系统当然是神经系统。用脑和脊髓作为中央控制器的神经系统，从遍布全身的感受器接受和整合信息，视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉和其他感觉都会与大脑联系，把身体外部和内部的状态传输给大脑，包括能获得的食物和是否需要进食。神经系统还会指导肌肉和腺体，告诉他们应该做什么。神经系统对饥饿的调节功能是由大脑来协调的。饥饿和食欲的感受是通过大脑外层的负责思考的大脑皮质(cortex)觉察到的，处于大脑深处的下丘脑(hypothalamus)(图37)会监控很多项身体状态，包括有没有足够的营养素和水。为了监控饥饿——对食物的生理需求——消化道通过激素和神经向下丘脑传递信息。这些信息同时也会刺激胃加紧收缩和分泌，引起饥饿疼痛和发出“饥饿声(咕咕叫)”。当你的大脑皮质感受到饥饿的时候，你就会去吃饭。但是，大脑皮质的自主意识可以忽略消化道传来的信息，使人在饥饿的时候也能推迟吃饭，或者在不饿的时候进食。

图37脑纵切面显出下丘脑和皮质

下丘脑监测身体状况，并把信号传导给脑中思考的部分——皮质，皮质做出决定采取反应。垂体被称为身体的主分泌腺，因为它能调节身体其他腺体和器官的活动。

人体对环境的一种奇妙的适应，如对危险反应的能力，与激素和神经系统都有关。这种适应被叫作抗争或逃跑反应(fightorflight reaction)，或者叫应激反应(stress response)。所有动物的应激反应只有很小的区别，这说明应激反应对所有生物的生存都是很重要的。当发现危险时，神经释放神经递质(neurotransmitters)，腺体释放肾上腺素(epinephrine)和去甲肾上腺素(norepinephrine)。身体的每个器官都做出相应反应，代谢也会加速。瞳孔放大使得视觉改善；肌肉紧张，使人能够用较大的力量跑、跳或打斗；呼吸加速、加深，来增加供氧量；心跳加快，快速地把氧气运送到肌肉；血压增高以便很快地把产能需要的燃料送到肌肉处；肝和脂肪细胞分别释放它们储存的葡萄糖和脂肪；消化系统活动减弱使得全身系统都协助肌肉和神经系统工作。由于各个系统处于的工作状态，身体能够以惊人的速度和力量对付任何危险。在古代，压力往往意味着身体上的危险，对压力的反应也是激烈的体力上的较量。在现代世界中，压力很少是体力上的，但身体对紧张的反应仍然是一样的。使你紧张的可能是支票簿弄乱了或者是老师突然说要进行小测验。在这些紧张情况下，你不需要像你的石器时代的祖先那样抗争或逃跑，你向“敌人”微笑，试图掩盖你的紧张，但是你还是会感到你的心跳加速，激素也仍会使你的血液中充满葡萄糖和脂肪。今天你的头号敌人不是一只在你住的洞穴门口吼叫的剑齿虎，而是现代文明带来的疾病——心脏病。多年来在动脉中累积的脂肪和其他成分以及使心脏紧张的压力往往会导致心脏病，尤其是当习惯了长期松弛状态的身体突然经历高血压时。把日常锻炼作为健康生活方式的一部分，就能够释放压抑的情绪，有助于保护心脏。要点 神经系统和激素系统调节体内代谢过程，应对食物的需求，支配饮食行为，调节消化，当需要时，激发应激反应。术语皮质：脑的最外层,是大脑中自主意识发生的地方。下丘脑：感受血液中很多种状态变化，包括温度、葡萄糖浓度、盐浓度及其他变化，在需要时传递信号给大脑或身体的其他部分，调节上述状况。抗争或逃跑反应：身体本能的、由激素和神经调节的对危险的反应，也叫做应激反应。神经递质：当神经冲动传导到神经细胞末端时释放的化学物质；神经递质扩散过细胞间隙，改变下一个细胞膜的状态，使这个细胞兴奋或迟钝。肾上腺素：引发应激反应的主要激素。