为什么大脑主要利用葡萄糖供能?
脑没有储能物质,几乎都用糖来供能,只有在长期饥饿状态以脂肪代谢产物酮体来供能。一个成年人大脑约消耗120g糖/天,这些糖大部分为神经电冲动的钠钾泵供能,所以需要持续地将血糖转运到大脑。糖转运到大脑较容易 。糖通过GLUT1(葡萄糖转运蛋白1)来转运到大脑,即使在血糖浓度很低(正常值下限)时也可以轻松把葡萄糖转运到大脑。而神经元靠GLUT3来利用糖。脂肪转运到大脑比较难。脂肪通常与血清中的白蛋白结合,形成大分子,不易通过血脑屏障。在饥饿状态下,肝脏产生的酮体可以通过血脑屏障给大脑供能。
心肌不停在动,这就需要长期稳定的能源。相较糖,脂肪供能更稳定,而血糖水平波动很常见。另外,脂肪能量密度高(1g脂肪9大卡,且脂肪在体内的储存不需要像糖那样储水)。心肌并不像骨骼肌那样储存糖原。
关于大脑主要利用葡萄糖供能(主要为葡萄糖的有氧氧化)的原因比较明确,主要与长链脂肪酸不能自由穿过血脑屏障有关。而对于心肌,在非缺血条件下,心脏中几乎所有(> 95%)的ATP形成来自线粒体中的氧化磷酸化,因为心脏的厌氧能力是有限的。游离脂肪酸(FFA)和葡萄糖是心肌能量代谢的主要底物,但心肌对底物的选择有所偏好,在正常条件下,ATP的至少60%来自游离脂肪酸(FFA)的氧化,其余部分来自葡萄糖的氧化。需要注意的是,心肌对底物的偏好性是灵活的,目前很多研究就集中在心力衰竭或糖尿病状态下,心脏能量代谢的变化。
磷酸肌酸分解为磷酸和肌酸,释放能量将ADP和Pi还原为ATP 这是供能最快的途径,每千克肌肉每秒最多可合成2.6mmolATP(据人民体育出版社《运动生物化学》数据),但持续时间最短,按最快速率只能持续6~8秒便将耗尽几乎全部磷酸肌酸。 2、无氧糖酵解,葡萄糖分解为乳酸 这是供能第二快的途径,每千克肌肉每秒最多可合成1.4mmolATP(数据来源同上,下略),持续时间也较短,在最快速率下约2~3分钟(停止的原因不是糖原耗尽,而是产生的乳酸使体液酸化,导致相关的酶失活)。 3、碳水化合物的有氧氧化,糖原氧化为二氧化碳和水 这种途径供能较慢,每千克肌肉每秒只能合成0.51~0.68mmolATP,但在最快速率下持续时间可达90~120分钟,直至糖原几乎耗尽。