【陳峙嘉醫師】食物動力學(1)了解食物的何去何從

食物動力學了解食物的何去何從

以前在念藥學研究所的時候，有一門科目叫做“藥物動力學（Pharmacokinetics)“，裡頭講的是藥物進到肚子裡面以後的A（Absorption）、D（Distribution）、M（Metabolism）、E（Elimination），也就是藥物的吸收、分布、代謝、排泄，現在當了中醫師，不小心做了很多減肥，才發現這套理論剛好可以套用在肥胖的治療上，以前探討藥物的動力學，現在則是研究食物的吸收、分布、代謝以及排泄，也就是“食物動力學“，食物進到肚子裡面，到底是哪個步驟出了問題才導致體重的上升？針對不同類型的肥胖、不同的體質，到底要控制哪一環才可以讓體重穩定地下降？拉肚子就能瘦嗎？少吃能讓脂肪減少嗎？為甚麼要一直喝水？耐心看下去就會有答案了！！

吸收（Absorption）
澱粉、蛋白質和纖維素等大分子多聚體不能很快被細胞所吸收，需要先被分解為小分子單體然後才能被用於細胞代謝。有多種消化性酶能夠降解這些多聚體，動物由其消化系統中的特定細胞來分泌這些酶，由這些位於細胞外的酶分解獲得的胺基酸或單糖接著通過主動運輸蛋白被運送到細胞內。
所謂吸收就是機體從環境中將營養物質攝取到體內的過程，食物在消化道中必須先被消化分解成葡萄糖和氨基酸等物質後，才可以被人體吸收，消化道中不同部位對於不同物質的吸收能力有很大的差異，這主要跟食物在不同部位的停留時間的長短和食物被分解的程度等因素有關，正常情況下，口腔和食道沒有吸收能力，胃可以吸收少量水分、無機鹽類和酒精，小腸吸收葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸、大部份水分、無機鹽和維生素，也就是說大部份的營養素在小腸就被吸收得差不多了，大腸主要吸收水分、無機鹽和部份維生素；不同的食物在消化道不同部位的停留時間也都不一樣，一般而言，在口腔大約停留少於1分鐘，咀嚼完畢後大概要花10秒左右通過食道到達胃，在胃裡面大概停留1~2小時，通過小腸大約要花7~8小時，最後還要花大約12~14小時才能夠通過大腸到達肛門，意思就是說，正常狀況下食物入口大約1天以後你就可以在馬桶再次與它見面了。

分布（Distribution）
分布的意思就是食物經吸收進入血液或淋巴之後，運輸到不同作用部位停留、產生作用，不同物質、營養素在人體內的相對濃度與相對量都不盡相同。

醣類在人體構成的含量中佔不到1%，大部份的醣類經吸收後會轉變成其他物質，或被人體燃燒利用，維持日常生活活動所需，醣類會變成肝醣的形式儲存在肌肉或肝臟，過多的肝醣未被利用，則會變成脂肪堆積起來。

短鏈、中鏈脂肪會水解成甘油和脂肪酸經由門靜脈吸收進入血液，長鏈脂肪酸會變成三酸甘油酯後形成乳糜微粒經由淋巴吸收進入淋巴循環，其中三酸甘油酯是人體儲存能量與供應能量的重要形式，肝、小腸和脂肪組織是合成三酸甘油酯的重要場所，其中肝的合成能力最強，但是肝不能儲存脂肪，所以如果肝合成的三酸酐油酯不能及時運送出去，就會包在肝臟外圍形成脂肪肝；成年男子一般分布在胸部、腹部、臀部，形成中廣型身材，成年女性一般分布在乳房、髖部、腰部、臀部，形成西洋梨身材；影響體脂肪分布的因素有性激素、醣皮質類固醇、遺傳、飲食或是運動習慣，男性賀爾蒙越高，脂肪就會向腹部聚集，形成向心型脂肪分布，同時也會讓腹部前側脂肪細胞增大，女性賀爾蒙會讓脂肪細胞沈積在細胞外圍，類固醇會讓脂肪向腹部、臉部、肩背部集中，形成月亮臉、水牛肩。

蛋白質會以氨基酸或肽的形式被吸收進入人體，吸收後的胺基酸被用於蛋白質的合成，其餘的則通過糖質異生作用被轉化為葡萄糖或進入三羧酸循環進行代謝，所以過多的蛋白質攝取，最終還是以醣類或是脂肪儲存起來；蛋白質的營養作用在飢餓環境下顯得特別重要，此時人體可以利用自身的蛋白質，特別是肌肉中的蛋白質，來產生能量以維持生命活動，人體中蛋白質缺乏可以導致全身浮腫、皮膚乾燥病變、頭髮稀疏脫色、肌肉重量減輕、免疫力下降等，所以如果靠禁食來減重的話，會導致身體的蛋白質減少，最後造成皮膚粗糙、禿頭等副作用。

電解質主要是指鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、碳酸氫根、磷酸氫根等離子，人體體液中的電解質主要用來維持體液滲透壓和水平衡、酸鹼平衡、神經和肌肉的敏感度、以及細胞正常的物質代謝，人體的新陳代謝是在體液中進行的，因此體液的含量、分布、滲透壓、酸鹼值、以及電解質含量必須維持正常恆定，才能確保代謝活動的正常進行。

代謝（Metabolism）
代謝是人體不斷進行物質和能量交換的過程，是人體維持生命化學反應的總稱，代謝通常可以分為兩類：分解代謝（異化作用）可以對大的分子進行分解以獲得能量（如細胞呼吸），目的是為合成代謝反應提供所需的能量和反應物；合成代謝（同化作用）則可以利用能量來合成細胞中的各種成份，如蛋白質和核酸等，是一系列合成型代謝進程（即利用分解代謝所釋放的能量來合成複雜分子）的總稱，一般而言，用於組成細胞結構的複雜分子都是從小且簡單的前體一步一步地構建而來；細胞中的代謝則是通過將分解代謝的自發過程和合成代謝的非自發過程偶聯來達到保持複雜性的目的。

醣類的分解代謝即是將糖鏈分解為更小的單位。通常一旦糖鏈被分解為單糖後就可以被細胞所吸收。進入細胞內的糖，如葡萄糖和果糖，就會通過糖解作用途徑被轉化為丙酮酸鹽並產生部分的ATP。丙酮酸鹽是多個代謝途徑的中間物，但其大部分會被轉化為乙醯輔酶A並進入檸檬酸循環。雖然檸檬酸循環能夠產生ATP，但其最重要的產物是NADH——由乙醯輔酶A被氧化來提供電子並由NAD生成，同時釋放出無用的二氧化碳。在無氧條件下，糖解作用過程會生成乳酸鹽，即由乳酸去氫酶將丙酮酸鹽轉化為乳酸鹽，同時將NADH又氧化為NAD ，使得NAD可以被循環利用於糖解作用中。另一中降解葡萄糖的途徑是磷酸戊糖途徑，該途徑可以將輔酶菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP ）還原為NADPH，並生成戊糖，如核糖（合成核苷酸的重要成份）；醣類的合成代謝中，簡單的有機酸可以被轉化為單糖（如葡萄糖），然後單糖再聚合在一起形成多糖（如澱粉）。從包括丙酮酸鹽、乳酸鹽、甘油、3-磷酸甘油酸和胺基酸在內的化合物來生成葡萄糖的過程就叫做葡萄糖新生。

脂肪是通過水解作用分解為脂肪酸和甘油。甘油可以進入糖解作用途徑，通過β-氧化被分解並釋放出乙醯輔酶A，而乙醯輔酶A如上所述進入檸檬酸循環。脂肪酸同樣通過氧化被分解；在氧化過程中脂肪酸可以釋放出比醣類更多的能量，這是因為醣類結構的含氧比例較高；雖然脂肪是通用的儲存能量的方式，但在人類中，儲存的脂肪酸不能通過葡萄糖新生作用而被轉化為葡萄糖，因為這些生物體無法將乙醯輔酶A轉變為丙酮酸鹽；因此，在長期飢餓後，脊椎動物需要從脂肪酸來製造酮體來代替組織中的葡萄糖，因為像腦這樣的組織不能夠代謝脂肪酸。

胺基酸既可以被用於合成蛋白質或其他生物分子，又可以被氧化為尿素和二氧化碳以提供能量。氧化的第一步是由轉氨酶將胺基酸上的氨基除去，氨基隨後被送入尿素循環，而留下的脫去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在；此外，生糖胺基酸（glucogenic amino acid）能夠通過葡萄糖新生作用被轉化為葡萄糖。

由於生物體的外界環境處於不斷的變化之中，因此代謝反應必須能夠被精確的調控，以保持細胞內各組成的穩定，即體內平衡。代謝調控也使得生物體能夠對外界信號產生反饋並能夠與其周圍環境進行互動。其中，兩個因素對於了解代謝途徑的調控機制非常重要：一、一個酶在代謝途徑中的調節就是它的酶活性是如何根據信號來增加或降低的；二、由這個酶所施加的控制即是它的活性的變化對於代謝途徑整體速率的影響。例如，一個酶可以在活性上發生很大的變化，但如果這些變化對於其所在的代謝途徑的量基本沒有影響，那麼這個酶就不能夠對於這一途徑發揮控制作用。

排泄（Elimination）
排泄作用是指生物體將代謝廢物排出體外的作用，是所有生物生存的必要過程，人類的主要排泄器官是腎以及輔助的泌尿器官－用以排出尿液。皮膚及肺部皆有排泄的功能，皮膚以流汗的方式排走水分及鹽，肺部則排出二氧化碳，至於大腸排出固體的廢物的過程，稱為排遺，因其主要目的並非排除代謝後的產物，而是食物的殘渣；醣類和脂肪都是碳水化合物，他們的代謝產物是二氧化碳跟水，所以它們的排泄途徑就是肺、腎、皮膚等能夠排水跟二氧化碳的管道；蛋白質的代謝產物除了二氧化碳和水之外，因為它含有氮元素，所以代謝產物最主要就是尿素，而尿素主要的排泄形式是汗水跟尿液，所以排泄途徑就是腎臟和皮膚。