人体的营养与消化
在前面的学习中，我们了解了绿色植物如何通过光合作用制造有机物，为自己提供生长和生命活动所需的营养。绿色植物能够利用阳光，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物，并释放出氧气，这一过程为地球上的绝大多数生命提供了基础的能量来源。然而，人类和其他动物却无法进行光合作用，因此只能依赖食物来摄取现成的有机物，获得生存和成长所需要的能量及营养物质。
我们每天都需要进食，通过摄入各种不同的食物来补充身体必需的营养成分。米饭、面条、蔬菜、水果、肉类、蛋奶，这些食物看似寻常，却蕴含着维持人体生命活动所需的多种营养物质。摄入食物只是获得营养的第一步，这些营养物质只有经过人体消化系统的分解、吸收，才能被身体有效利用。消化系统包括口腔、食道、胃、小肠、大肠等器官，每种器官在食物的消化和吸收过程中都扮演着独特的角色。
在摄入和消化的同时，合理选择和搭配膳食同样重要。正确的饮食习惯不仅可以满足身体的能量和生长需要，还可以降低疾病发生的风险，促进生长发育和健康。人体究竟需要哪些营养？各种营养物质分别有什么作用？怎样才能做到科学合理地安排膳食？这些问题都与我们的健康密切相关，了解它们对于每一个人来说都是必不可少的健康知识。
人体需要的营养物质
食物中的营养成分
打开家里的冰箱，我们可以看到各种各样的食物：米饭、面条、鸡蛋、牛奶、蔬菜、水果、肉类等。这些食物看起来各不相同，但它们都含有人体需要的营养物质。营养学家将食物中的营养物质分为六大类：糖类、脂肪、蛋白质、维生素、水和无机盐。
糖类是人体最重要的供能物质。我们日常吃的米饭、面条、馒头等主食中含有大量的淀粉，淀粉是一种糖类。淀粉在消化道中被分解成葡萄糖，葡萄糖被吸收后进入血液，随血液循环到达全身各处的细胞，在细胞中被彻底氧化分解，释放能量。一个初中生每天需要的能量约60%来自糖类。
脂肪也是重要的供能物质，而且是储能效率最高的物质。相同质量的脂肪释放的能量是糖类的两倍多。食用油、花生、核桃、肉类中都含有丰富的脂肪。人体内储存的脂肪除了提供能量，还具有保温和缓冲作用，保护内脏器官。但是，脂肪摄入过多会导致肥胖，增加患心血管疾病的风险。
蛋白质是构成细胞的基本物质，是人体生长发育、组织更新和修复的原料。肌肉、皮肤、头发、指甲的主要成分都是蛋白质。此外，许多重要的生理功能物质如酶、抗体等也是蛋白质。儿童和青少年处于生长发育时期，特别需要蛋白质。瘦肉、鱼、虾、蛋、奶、豆类等食物中蛋白质含量丰富。
糖类、脂肪和蛋白质都能为人体提供能量，被称为“三大产能营养素”。其中糖类是主要的能源物质，脂肪是重要的储能物质，蛋白质是构成细胞的基本物质，一般不作为能源物质使用。
维生素是一类维持人体正常生命活动必需的有机物。虽然人体对维生素的需要量很小，但维生素的作用却不可忽视。维生素既不是构成细胞的主要原料，也不为人体提供能量，但它们能够调节人体的生理功能。缺乏某种维生素就会引起相应的疾病。
维生素A能够维持正常视力，缺乏时会患夜盲症和干眼症。动物肝脏、胡萝卜中含有丰富的维生素A。维生素B₁参与糖类代谢，缺乏时会患脚气病。糙米、豆类、花生中含有较多的维生素B₁。维生素C能够增强抵抗力，促进伤口愈合，缺乏时会患坏血病，牙龈出血。新鲜蔬菜和水果中含有丰富的维生素C。维生素D能够促进钙的吸收，缺乏时儿童会患佝偻病，成年人会患骨质软化症。人体皮肤在阳光照射下能够合成维生素D。
水在人体中的含量最多，约占体重的60%-70%。水是细胞的主要组成成分，是体内各种化学反应的介质，也是运输营养物质和代谢废物的载体。人体内的水还能调节体温。人体每天需要补充大约2000-2500毫升的水。水主要来自饮水和食物中的水分，也有一小部分来自细胞呼吸作用产生的水。
无机盐在人体中的含量虽少，但作用重要。钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，缺钙会导致儿童佝偻病、老年人骨质疏松。铁是血红蛋白的重要成分，缺铁会导致贫血。碘是甲状腺激素的成分，缺碘会导致甲状腺肿大。磷参与骨骼形成和能量代谢。锌促进生长发育和伤口愈合。
2022年，中国营养学会发布的《中国居民膳食营养素参考摄入量》为不同年龄段人群每日应摄入的营养素提供了科学指导。然而，根据2021年《中国居民营养与慢性病状况报告》，部分重要营养素的实际摄入量仍低于推荐标准。以下表格展示了6-17岁学生在钙和维生素A摄入上的差距：
*RAE：视黄醇活性当量
这些数据反映了当前中小学生在钙和维生素A等关键营养素摄入上的不足，提示我们应重视权威膳食建议对健康饮食的指导作用，并通过科学测定及时调整饮食结构，促进青少年的健康成长。
能量的需要
人体每时每刻都在进行着各种生命活动：心脏在跳动，肺在呼吸，血液在循环，细胞在更新。这些活动都需要消耗能量。此外，人体的运动、思维、维持体温等也都需要能量。这些能量主要来自食物中的糖类、脂肪和蛋白质。
不同的人对能量的需要量不同。一般来说，男性的能量需要量高于女性，青少年高于成年人，体力劳动者高于脑力劳动者。一个12-14岁的男生每天大约需要2400-2600千卡的能量，同龄女生需要2200-2300千卡。
让我们通过下表来了解不同活动每小时的能量消耗情况：
以60kg成人为参考来看，不同活动消耗的能量差异很大。睡眠时能量消耗最少，剧烈运动时能量消耗最多。因此，经常参加体育锻炼的人需要摄入更多的能量。
如果长期摄入的能量超过消耗的能量，多余的能量就会以脂肪的形式储存起来，导致肥胖。2020年中国疾病预防控制中心的数据显示，我国6-17岁儿童青少年超重肥胖率接近20%，这与不健康的饮食习惯和缺乏运动有关。肥胖会增加患糖尿病、高血压、心血管疾病的风险，严重影响健康。
能量的摄入与消耗应保持平衡。摄入过多会导致肥胖，摄入不足会导致消瘦、营养不良。通过合理膳食和适量运动，可以维持健康的体重。
消化系统的组成
消化道和消化腺
我们吃下的食物要经过一系列的处理才能被人体吸收利用。这个过程在消化系统中完成。消化系统由消化道和消化腺两部分组成。
消化道是一条从口腔到肛门的连续管道，全长约9米。食物在消化道中逐步被消化、吸收。消化道按顺序包括口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠和肛门。
口腔是消化道的起始部分。在口腔中，牙齿将食物切碎、磨碎，舌头搅拌食物，使食物与唾液充分混合。人的牙齿有三种：门齿（切割食物）、犬齿（撕裂食物）和臼齿（磨碎食物）。成年人有32颗牙齿，儿童有20颗乳牙。
咽是口腔和食道之间的通道，既是消化道的一部分，也是呼吸道的一部分。食物从咽进入食道时，会厌软骨会盖住气管入口，防止食物进入气管。如果吃饭时说笑，可能导致食物误入气管，引起剧烈咳嗽。
食道是连接咽和胃的管道，长约25厘米。食道的作用是输送食物，本身不消化食物。食道壁的肌肉能够进行蠕动，将食物推向胃。
胃位于腹腔上部偏左的位置，是消化道中最膨大的部分。成年人的胃容积约1-2升。胃壁有发达的肌肉层，能够进行强烈的蠕动，将食物与胃液混合、磨碎。食物在胃中大约停留4-6小时。
小肠是消化道中最长的一段，长约5-6米，盘曲在腹腔中。小肠分为十二指肠、空肠和回肠三部分。小肠是消化和吸收的主要场所。
大肠连接在小肠之后，长约1.5米，分为盲肠、结肠和直肠。大肠的主要功能是吸收水分、形成粪便。食物残渣在大肠中停留10-20小时，其中的水分被吸收，形成半固体的粪便，暂时储存在直肠中，最后从肛门排出。
消化腺能够分泌消化液，帮助消化食物。人体的消化腺包括唾液腺、胃腺、肠腺、肝脏和胰腺。
唾液腺分布在口腔周围，包括腮腺、下颌下腺和舌下腺。唾液腺每天分泌约1-1.5升唾液。唾液中含有唾液淀粉酶，能够将淀粉分解成麦芽糖。
胃腺分布在胃壁中，能够分泌胃液。成年人每天分泌约1.5-2.5升胃液。胃液呈酸性，pH值约为1.5-2.0，主要成分是胃酸和胃蛋白酶。胃蛋白酶能够初步消化蛋白质。
肠腺分布在小肠壁中，分泌肠液。肠液中含有多种消化酶，能够消化糖类、蛋白质和脂肪。
肝脏是人体最大的消化腺，位于腹腔右上部，重约1.5公斤。肝脏分泌的胆汁储存在胆囊中，进食后通过胆管输送到十二指肠。胆汁不含消化酶，但含有胆盐，能够将脂肪乳化成微小的脂肪微粒，增大脂肪与消化酶的接触面积，有利于脂肪的消化。肝脏还有解毒、储存养分等多种功能，是人体的“化工厂”。
胰腺位于胃的下方，既是消化腺也是内分泌腺。作为消化腺，胰腺每天分泌约1-2升胰液，通过胰管输送到十二指肠。胰液中含有胰淀粉酶、胰蛋白酶和胰脂肪酶，能够消化三大营养物质。
消化系统的结构与功能高度适应。消化道形成了一条连续的管道，便于食物逐步消化；小肠长达5-6米，为消化和吸收提供了充足的时间和空间；各种消化腺分泌不同的消化液，共同完成复杂的消化过程。
食物的消化和吸收
食物的消化过程
食物中的大分子有机物不能直接被人体吸收，必须在消化道中被分解成小分子物质才能被吸收。这个过程就是消化。消化包括物理性消化和化学性消化两种方式。
物理性消化是指通过牙齿的咀嚼、舌的搅拌、胃和肠的蠕动等机械作用，将食物磨碎、混合，但不改变食物的化学性质。化学性消化是指通过消化液中的消化酶，将大分子有机物分解成小分子物质。
淀粉的消化从口腔开始。我们咀嚼馒头时，会感觉越嚼越甜，这是因为唾液淀粉酶将淀粉分解成了麦芽糖。但是唾液淀粉酶的作用时间很短，因为食物很快就被吞咽进入胃。在胃中，由于胃液呈强酸性，唾液淀粉酶失去活性，淀粉的消化暂时停止。当食物进入小肠后，胰液和肠液中的淀粉酶继续将淀粉分解成麦芽糖，最后麦芽糖被分解成葡萄糖。
蛋白质的消化从胃开始。胃液中的胃蛋白酶能够将蛋白质初步分解成多肽。在小肠中，胰液和肠液中的蛋白酶继续将多肽分解成更小的肽段，最终分解成氨基酸。
脂肪的消化主要在小肠中进行。虽然胃液中也含有少量脂肪酶，但作用很弱。在小肠中，胆汁首先将脂肪乳化成微小的脂肪微粒，然后胰脂肪酶和肠脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸。
下方是三大营养物质的消化过程图：
从表格可以看出，小肠是消化的主要场所，三大营养物质都在小肠中完成最终消化。这是因为小肠中汇集了多种消化液：胆汁、胰液和肠液，它们共同作用，完成复杂的消化过程。
营养物质的吸收
消化的最终目的是吸收。营养物质被吸收后进入血液循环，运送到全身各处的细胞，供细胞利用。
消化道的各个部分都能吸收少量物质。口腔、食道和胃能吸收少量水和酒精。大肠主要吸收水、无机盐和部分维生素。但是，营养物质的吸收主要在小肠进行。
小肠是吸收的主要场所，这与小肠的结构特点密切相关。首先，小肠很长，约5-6米，为吸收提供了巨大的面积。其次，小肠内表面有许多环形皱襞，皱襞上有大量指状突起，称为小肠绒毛。一个成年人的小肠约有400-500万个小肠绒毛。小肠绒毛使小肠的内表面积大大增加，达到200-300平方米，相当于一个羽毛球场的面积。
小肠绒毛的结构进一步适应吸收功能。每个小肠绒毛中有丰富的毛细血管和毛细淋巴管，绒毛壁只有一层上皮细胞，营养物质很容易通过上皮细胞进入毛细血管和毛细淋巴管。
葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸、水、无机盐和大部分维生素都在小肠中被吸收。其中，葡萄糖、氨基酸、甘油、大部分维生素、水和无机盐进入小肠绒毛中的毛细血管，随血液循环运送到全身。脂肪酸和甘油进入小肠上皮细胞后，重新合成脂肪，大部分进入毛细淋巴管，最终进入血液循环。
2019年，中国科学家在《科学》杂志上发表研究成果，首次解析了人体胆固醇吸收蛋白的三维结构，揭示了小肠吸收胆固醇的分子机制，为开发降胆固醇药物提供了重要依据。
小肠是消化和吸收的主要场所。小肠疾病如肠炎、克罗恩病等会严重影响营养物质的消化吸收，导致营养不良。因此，保护小肠健康对维持整体健康至关重要。
合理膳食与健康
平衡膳食的原则
健康的身体需要合理的营养。合理营养是指膳食中的营养素种类齐全、数量充足、比例适当，能够满足人体生长发育和各种生理活动的需要。
平衡膳食的基本原则是：食物多样，谷类为主；多吃蔬菜、水果；经常吃奶类、豆类及其制品；适量吃鱼、禽、蛋、瘦肉；饮食清淡少盐；三餐分配合理，零食要适量。
中国营养学会制定了《中国居民平衡膳食宝塔》，形象地告诉人们应该怎样选择食物。宝塔分为五层，从下到上依次是：谷类（300-500克/天）、蔬菜和水果（400-500克和100-200克/天）、鱼禽肉蛋类（125-225克/天）、奶类和豆类（300克和30-50克/天）、油脂类（25-30克/天）。
让我们通过数据来了解初中生一日三餐的能量分配。
早餐非常重要，应该吃好。经过一夜睡眠，体内储存的能量已经消耗殆尽，早晨大脑和肌肉需要充足的能量和营养物质。不吃早餐会导致上午注意力不集中、学习效率下降，长期不吃早餐还会影响生长发育。但现实中，有相当一部分青少年不吃早餐或早餐营养不足。
午餐应该吃饱吃好，因为午餐提供的能量和营养要维持下午的学习和活动。午餐应该包括充足的主食、适量的荤菜和丰富的蔬菜。
晚餐不宜吃得过饱，因为晚上活动量少，能量消耗少，晚餐吃得过多容易导致肥胖。晚餐应该清淡一些，多吃蔬菜，少吃油腻食物。
零食要适量。很多青少年喜欢吃零食，但有些零食如薯片、糖果、碳酸饮料等含有大量油脂、糖分和食品添加剂，营养价值低，不宜多吃。如果需要加餐，可以选择牛奶、酸奶、水果、坚果等营养丰富的食物。
合理膳食的核心是营养均衡。没有任何一种食物能够提供人体所需的全部营养素，只有多种食物合理搭配，才能获得全面均衡的营养。
关注食品安全
进入二十一世纪以来，食品安全问题日益受到关注。2008年的三聚氰胺奶粉事件、2011年的瘦肉精事件、2013年的镉大米事件，都给人们的健康造成了严重危害。国家高度重视食品安全，2015年修订了《食品安全法》，被称为“史上最严食品安全法”，对食品生产、流通、餐饮服务等各环节都做出了严格规定。
作为消费者，我们也要增强食品安全意识，学会辨别和选择安全的食品。购买食品时，要注意查看食品标签，了解食品的生产日期、保质期、配料表、营养成分表等信息。不购买“三无”产品（无生产日期、无质量合格证、无生产厂家）。
要注意饮食卫生。饭前便后要洗手，防止病从口入。不吃腐败变质的食物，不吃未经煮熟的食物，不喝生水。生吃的蔬菜水果要清洗干净。餐具要定期消毒。
要警惕食物中毒。食物中毒主要有细菌性食物中毒、化学性食物中毒和有毒动植物中毒几种类型。常见的细菌性食物中毒如沙门菌食物中毒、金黄色葡萄球菌食物中毒等，症状包括恶心、呕吐、腹痛、腹泻等。发生食物中毒时，应立即停止食用可疑食物，大量饮水，并及时就医。
2020年新冠疫情期间，“公筷公勺”和“分餐制”得到大力推广。使用公筷公勺不仅是文明用餐的体现，更重要的是可以预防疾病传播，保障食品卫生安全。许多传染病如幽门螺杆菌感染、甲型肝炎等都可以通过共用餐具传播。
特殊人群的营养
不同人群对营养的需求有所不同。青少年处于生长发育的关键时期，对能量和营养素的需求量较大，特别是对蛋白质、钙、铁、锌等的需求。要保证充足的主食，每天吃适量的鱼禽肉蛋，多喝奶，多吃新鲜蔬菜水果。
运动员和体力劳动者由于能量消耗大，需要增加能量摄入，特别是糖类和蛋白质的摄入。孕妇和乳母需要增加营养，以满足胎儿或婴儿的生长发育需要。老年人由于消化吸收能力下降，饮食应该软烂、易消化，注意补充钙质和维生素D，预防骨质疏松。
某些疾病患者需要特殊的饮食。糖尿病患者要控制糖类摄入，选择低血糖生成指数的食物。高血压患者要限制钠盐摄入，每天食盐摄入量不超过6克。肥胖者要控制总能量摄入，增加运动，逐步减重。
2021年，国家卫生健康委员会启动了“健康中国行动之合理膳食行动”，提出到2030年，要实现居民营养健康知识知晓率提高到70%以上，成人肥胖增长率持续减缓，5岁以下儿童生长迟缓率下降到5%以下等目标。
本节练习
第一题：下表列出了某初中生一天的食谱，请根据表格回答问题。
（1）这份食谱中缺少哪类食物？
（2）长期按这份食谱进食可能导致缺乏哪些营养素？可能引起什么健康问题？
（3）请对这份食谱提出改进建议。
（4）早餐中的面包（主要成分是淀粉）在人体内消化的最终产物是什么？在哪个器官被吸收？
第二题：下图是消化系统的组成示意图（假设A是口腔，B是食道，C是胃，D是小肠，E是大肠，F是肝脏，G是胰腺）。请根据图示回答问题。
（1）食物依次经过的消化道器官是哪些（用字母表示）？
（2）哪个器官是消化和吸收的主要场所？为什么？
（3）F器官分泌的消化液有什么作用？
（4）如果G器官受损，会影响哪些营养物质的消化？
第三题：某研究小组测定了三大营养物质在消化道不同部位的剩余量（用相对值表示，初始量为100），结果如下表：
（1）根据表格数据，说明三大营养物质分别从哪个部位开始消化？
（2）哪个部位的消化能力最强？请说明理由。
（3）为什么三大营养物质在小肠后段和大肠中的剩余量都是0？
（4）如果一个人的胃被切除了大部分，会对哪种营养物质的消化影响最大？
第四题：小明是一名初二学生，身高165厘米，体重75公斤，BMI（体重指数）=体重(kg)÷身高²(m²)=27.5，属于超重。医生建议他控制饮食、增加运动。请回答：
（1）肥胖对健康有哪些危害？
（2）小明每天摄入2800千卡能量，消耗2200千卡，多余的能量会转化成什么物质储存？
（3）请为小明制定一个减重计划（从饮食和运动两方面）。
（4）有些同学为了快速减肥，采用节食甚至不吃饭的方法，这样做有什么危害？