从比萨饼说起

想象一下，你坐在餐桌旁，面前是一张热乎乎、色香味俱全的意大利肉肠比萨饼（在这个思想实验里，素食主义者可以把肉和奶酪换成更合适的食材）。你咬了一口比萨饼，开始慢慢咀嚼。一瞬间，面包、酱料、肉、奶酪的混合物在你的舌尖上翩翩起舞，比萨饼皮顶着你的牙齿，它散发的香味在你的上腭回荡，刺激着你的鼻腔。人间能有如此美味，实在是一件幸事。

在你品尝美味的同时，化学作用也启动了。消化食物的第一步是将食物与唾液混合并充分搅拌，这一步消化的是常量营养素（与微量营养素相对）。常量营养素有三种，即碳水化合物、脂肪和蛋白质。碳水化合物包含淀粉、糖和纤维，它们主要来自比萨饼里偏素的部分——比萨饼皮和番茄酱。脂肪（包括油）既可以在植物中找到，也可以在动物制品中找到，比如奶酪和意大利肉肠。蛋白质则主要存在于动物组织，以及植物的叶、茎、种子（包括豆类、干果和谷物）。比萨饼里的意大利肉肠和奶酪的蛋白质含量很高，罗勒叶的蛋白质含量也不少。饼皮里也有蛋白质，比如让饼皮有嚼劲儿的麦麸。

此外，比萨饼里还含有一定量的水和微量营养素（比如矿物、维生素等）。但是你吃比萨饼的主要目的是获得常量营养素，它们组成了你身体的各个部分，并提供能量；它们也是新陈代谢的原材料。

图2–1展示了碳水化合物、脂肪和蛋白质的消化过程，它们去到身体的哪个部分，做了哪些事情。我们可以把它看成是常量营养素的行动线路图。乍看之下它可能有点儿复杂，不过如果你能沿着一条线从头走到尾，就简单多了。每种营养素都有自己的行动路线，并且每条路线各有3站：消化、合成、代谢。正如精心设计的地铁交通线路图一样，消化线路图上也有许多条支线，能让你从一条主线“换乘”到另一条主线。下面，让我们出发吧！

碳水化合物

如果你遵循的是美国人的饮食习惯，那么碳水化合物提供的能量将占到你每天消耗卡路里的一半。事实上，不论现在低碳饮食有多么流行，全球各地不同文化的人们（包括像哈扎人这样的狩猎采集社会）从碳水化合物中摄取的能量都远多于从脂肪和蛋白质中摄取的能量。

我们都是灵长目动物，喜欢吃植物，特别是成熟甜美的大果子。碳水化合物是我们获取能量的主要来源，6 500万年来人类一直依靠它存活。

纤维被微生物消化，产生脂肪酸，随后加入脂肪的消化进程。糖用于构建身体里的某些结构，比如DNA。氨基酸转化成葡萄糖或酮的路线没有在图2–1中展示出来，半乳糖（碳水化合物消化过程中极少见的产物）的消化路线也省略了。

碳水化合物主要有3种形式：糖、淀粉、纤维。糖和淀粉在消化分解后要么合成糖原，要么产生能量（见图2–1），要么转化成脂肪。相比之下，纤维的命运大不一样。纤维能调节消化过程以及糖和淀粉的吸收，还能维持数万亿细菌和其他肠道微生物的生存。其实，微生物对纤维的消化至关重要，如果没有它们，人类的麻烦就大了。下面，让我们看看淀粉和糖的命运是怎样的。

糖是由碳、氢、氧原子构成的小型碳水化合物。它们中最小的只包含一个糖分子——单糖，葡萄糖、果糖、半乳糖都属于单糖。蔗糖、乳糖和麦芽糖由两个单糖分子组成，所以叫作二糖。一个葡萄糖分子和一个果糖分子结合在一起构成了蔗糖，乳糖是由一个葡萄糖分子和一个半乳糖分子组成的，麦芽糖是由两个葡萄糖分子组成的。

淀粉是由一大堆糖分子聚合在一起形成的长链，由于粘在一起的糖实在太多了，淀粉又被称为多糖或复合糖。迄今为止，人类发现植物淀粉中最常见的物质是葡萄糖，这些淀粉可能有好几百个葡萄糖分子那么长。淀粉是植物储存能量的主要方式，因此土豆和红薯的能量储存器官特别大。几乎所有的植物淀粉（人类食物中的淀粉）都是两种多糖的混合物，即直链淀粉和支链淀粉。

不论食物从哪里来，淀粉和糖都会被分解成单糖。淀粉的消化从口腔开始：唾液中的唾液淀粉酶会把淀粉分子水解成越来越小的碎片。（酶是一种能将分子裂解或加快化学反应速度的蛋白质，消化酶能把食物分子切成小块。）淀粉在人类演化过程中起着十分重要的作用，我们也因此演化出产生更多唾液淀粉酶的能力，比其他猿类都要多。

我们把嘴里的东西咽下后，黏糊糊的食物就会进入胃。胃酸会杀死细菌和其他跟随食物一起进来的脏东西。随后，食物被推入小肠。小肠负责主要的消化工作，它和胰腺产生的酶会进一步分解淀粉和糖。胰腺约有5英寸长，就像5根细辣椒首尾连接在一起。它在胃的下面，通过一根细短管与小肠连接。它最出名的功能是产生胰岛素，除此之外，胰腺还会产生很多种和消化相关的酶。酶的产生和数量都由基因决定。例如，有些人对乳糖不耐受，无法消化牛奶，这说明他们的基因不能产生乳糖酶（这种酶能把乳糖水解为葡萄糖和半糖）。没有其他酶能够代替乳糖酶，所以，这些人一旦摄入乳糖，乳糖就会直接进入大肠，让大肠里的细菌饱餐一顿，然后产生大量气体，并引起其他令人尴尬的乳糖不耐受反应。

等到所有的多糖和二糖都被分解成单糖，淀粉和糖的消化过程就结束了。饮食中的碳水化合物大多来自淀粉，淀粉又由葡萄糖构成，因此，你摄入的淀粉和糖约有80%会变成葡萄糖，余下的都会变成果糖（15%左右）或半乳糖（5%左右）。 当然，如果你吃的是含糖量高的加工食品（比如果糖）或果糖含量高的玉米糖浆（果糖和葡萄糖等比例混合，再加入水），那么对你来说果糖的摄入比例可能会偏高，而葡萄糖则会偏低。

这些糖经由肠壁吸收，进入血液。我们肠道的内壁上布满了血管，饭后消化道的血液流量会增加到平时的两倍多，用于运送营养物质。 因此，我们的血糖会随之升高（特别是在吃了高碳水食物之后）。如果你吃的是加工食品，纤维含量低且容易消化，碳水化合物就会被迅速吸收，糖也会快速进入血管，造成血糖急剧升高。这类食物也被称为高血糖指数食品。血糖指数是指在你吃完某种食品后的两小时内，相较于摄入纯葡萄糖后的血糖水平，你的血糖水平升高的程度。难以消化的食物（碳水化合物的形式更复杂，糖更少，纤维更多）所需的消化吸收时间更长，不会使人体血糖水平的升高速度过快，所以这类食物的血糖指数较低。 有证据表明，低血糖指数食物可能对人体更健康。

膳食纤维和微生物是人体消化功能背后的无名英雄。纤维是一种碳水化合物，人体无法消化，至少无法独立消化。这些坚韧的分子有助于植物维持自身的结构。我们把它们吃下去后，纤维就像毛毯一样包裹着肠壁，形成像格子一样的结构，减缓糖和其他营养物质进入血液的速度。这就是橙汁的血糖指数比橙子高的原因，橙汁里没有什么纤维，但橙子里有。

纤维也是人体内微生物的食物。我们的消化道是个潮湿的生态系统，里面生活着大量帮助我们消化食物的微生物。大多数微生物都生活在大肠（或结肠）里，它们的作用至关重要，可以消化无法在我们的小肠里消化的食物。我们不久前才认识到它们的重要性。这数万亿的细菌 就像生活在我们身体里的4磅重的超级生物 ，每个细菌又包含数千个基因。这些细菌能制造人体不具备的酶，消化我们摄入的大部分纤维，并产生短链脂肪酸，给人体细胞供能。我们体内的微生物还能消化小肠未彻底消化的食物，增强免疫系统的活力，帮助制造维生素和其他必要的营养素，以及维持消化道的正常运行。它们对人体健康的很多方面都会产生影响，我们对它们的了解也在逐渐增加。我们现在知道，如果你体内的微生物不开心，那么你也不会开心。

对细胞和人体来说，摄入碳水化合物的目的是获取能量，而碳水化合物本身就是能量。 糖进入血液后，只有两条路可走，要么立刻燃烧掉，要么储存起来供日后使用（见图2–1）。这时，胰岛素（由胰腺产生）就要发挥作用了，大多数细胞都需要在胰岛素的帮助下才能将葡萄糖分子通过细胞膜运送到体内。

碳水化合物转化成能量要经过两步。未立即燃烧的能量会被打包，以糖原的形式储存在肌肉和肝脏里（图2–1）。糖原是一种复杂的碳水化合物，有点儿像植物淀粉。当身体需要时，糖原能迅速转化成能量，但它的质量较大，因为它里面的碳和水的占比是相等的（“碳水化合物”的名称由此而来）。人类和其他动物一样，体内所能储存的糖原数量有限，一旦超过上限，血液中的糖就只能转化成其他形式，也是剩下唯一可用的形式——脂肪。

如果体内能量有富余，糖原的储存量又达到了上限，血液中多余的糖就会转化成脂肪。脂肪较难利用，因为要把脂肪转变成可提供能量的形式还有很多步骤。不过，脂肪能储存比糖原更多的能量，因为它里面没有水。此外，我们都心知肚明，人体储存脂肪的能力几乎没有上限。

脂肪

脂肪的命运相对简单：它们先被分解成脂肪酸和甘油，然后再被身体合成脂肪，储存在某些部位，准备着通过代谢提供能量。对付脂肪的难点在于，它们很难消化。原因很简单，那就是油和水不相溶。脂类（包括油）都是“疏水分子”，这意味着它们不溶于水。但是，我们的身体和地球上的其他所有生物一样，都以水为基础。要想单靠水把大块的脂肪分解成小颗粒是不可能的，这就像仅用水清洗油腻的菜锅是洗不干净的。演化有什么好办法呢？答案是：胆汁。

在很长一段时间里，人们以为胆汁决定着我们的情绪和脾气。聪明人也会相信蠢事，这就是个典型的例子，比如苏格拉底。18世纪前的医生和哲学家都以为“黄胆”过多会让人具有攻击性，这种状况一直持续到大约一个世纪前。如果医生觉得病人的体液不平衡，他们就会用水蛭给病人放血，当时尚未出现现代医学，医生杀死的人可能比救活的人还要多。但现在我们知道了，胆汁其实可以帮助我们消化脂肪。

胆汁是一种绿色液体，由肝脏合成，储存在胆囊里。 胆囊比我们的大拇指稍小，在肝脏和小肠之间，通过短导管与这两个器官连接。脂肪从胃进入小肠后，胆囊就会分泌出胆汁酸（也叫“胆盐”）， 去弄碎食物中的脂肪团，乳化油脂，其功能有点儿像洗洁精。接着，脂肪酶（由胰腺合成）会把乳化过的油脂进一步分解成只有头发丝的1/100粗细的微团。人体每时每刻都在形成和分解这些微团，就像汽水里的气泡一样。不过，每次分解它们都会释放脂肪酸和甘油，两者正是脂肪的构成要素。

脂肪酸和甘油被小肠壁吸收，合成甘油三酯（3个脂肪酸像彩带一样粘在一个甘油分子上），人体内的脂肪就以这种形态存在。现在，身体要解决脂肪消化的另一个难题：水油不相溶。在水基溶液中，甘油三酯会积聚在一起，就像血块一样。如果血块堆积在大脑、肺或其他器官的血管里，可能会致命。对于这个问题，演化的解决办法是把甘油三酯打包放入球形容器——乳糜微粒中。虽然它能防止脂肪聚积在一起，但乳糜微粒的体积太大，无法通过毛细血管壁吸收进入血管，进而运往全身。

于是，脂肪分子只得另辟蹊径：进入淋巴管。淋巴管既是身体的安保系统，又是垃圾回收系统。它的网络遍布人的全身，负责收集细胞残骸、细菌和其他碎片，并将它们带到淋巴结、脾脏和其他免疫器官中。所以，淋巴系统可以胜任乳糜微粒的运输工作。淋巴系统还会收集从血管中跑出来的血浆（每天大约有3夸脱 ），并将之送回循环系统。因此，淋巴系统相当于提供了乳糜微粒进入血管的通道。乳糜管是一种特殊的淋巴管，藏在肠壁内，它会把乳糜微粒送入淋巴系统，再进入循环系统。

如果你的饮食很油腻，乳糜微粒就会变得又大又白（因为里面全是脂肪），血液也会变得油乎乎的。不过，它们最终都会被分解，或者变成能量储存起来，或者干脆被消耗掉。血管壁中的脂蛋白脂肪酶先将甘油三酯分解成甘油和脂肪酸，再重新合成身体中的甘油三酯。大部分脂肪都储存在脂肪细胞和肌肉里，作为能量储备。我们的肚子和大腿上的脂肪就是这样来的，当然，一块上好的牛排里的脂肪也是这样来的。不过，如果我们的肝脏和其他器官里储存的脂肪太多，身体就会出毛病，发生肝衰竭等一系列健康问题。脂肪肝的成因令人捉摸不透，但肥胖是其主要致病因素之一。

在我们摄入的脂肪中，有一小部分会用于建设细胞，比如构成细胞膜、髓鞘（保护神经细胞的结构），以及构成大脑组织。有些脂肪酸无法通过分解或重组其他营养物质获得，而只能从饮食中得到，因此被称作“必需脂肪酸”。这也是品牌商不断给ω–3脂肪酸打广告的原因，它是一种必需脂肪酸，存在于鱼类、牛奶和鸡蛋中。

跟碳水化合物一样，脂肪最终也会作为燃料消耗掉，这就是身体偏爱油脂多的食物，并且费劲儿消化和储存脂肪的原因。所有动物都能将能量转化成脂肪，因为脂肪可以储存大量的能量。脂肪的能量密度为每盎司255千卡，是碱性电池的100多倍，是硝化甘油的5倍多，可以媲美飞机燃料。 幸运的是，脂肪的燃烧过程缓慢，比炸药可温和多了。有些脂肪在消化后马上就会被燃烧利用，但大多数时候，身体会优先使用储存的脂肪。甘油三酯是组成脂肪的主要成分，它会分解成脂肪酸和甘油，并产生能量（图2–1）。

蛋白质

蛋白质的生命历程很有趣。跟碳水化合物或脂肪不同，蛋白质不是主要的能量来源（除非你是肉食动物），其主要功能是构造或修复身体里的肌肉和组织。你的身体的确会把蛋白质转化成能量，但这只占一小部分。

蛋白质的消化从胃部开始，它会被胃蛋白酶分解。胃壁会产生胃蛋白酶的前体物质——胃蛋白酶原，并被胃酸转化成胃蛋白酶。对任何一种蛋白质来说，胃蛋白酶就像“爱德华的剪刀手”。离开胃部后，蛋白质会在小肠里继续消化，那里有胰腺分泌的酶。

所有蛋白质都会被分解成氨基酸（图2–1），这是蛋白质最基本的组成材料。氨基酸看似带有尾巴的风筝，它们的头部都一样：由氨基和羧基组合而成。分辨不同氨基酸的关键在于它们的尾巴（通常是由碳、氢、氧原子以不同的方式组合而成）。地球上有好几百种氨基酸，但动植物只用其中的21种来构成其体内的蛋白质。在这21种氨基酸中，有9种被视为人体必需的氨基酸，人体不能凭空创造出这9种氨基酸，而需要从饮食中获取。剩下的十几种都能由人体通过分解和重组其他氨基酸获得。

氨基酸的下一个目标是形成身体组织，进而构建人体这台大机器（图2–1）。一旦蛋白质从比萨饼变成氨基酸，就会被小肠壁吸收，进入血液循环。细胞会用氨基酸合成蛋白质（也就是折叠起来的氨基酸），这是DNA的主要职责之一。基因是DNA的某个片段，它将氨基酸按照特定的顺序摆放，用于制造蛋白质（有的基因只起调控作用，它们不合成蛋白质，但会激活或抑制那些合成蛋白质的基因）。 DNA中不同的序列形式（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）对应着不同的氨基酸排列方式，从而形成各种类型的蛋白质，在生命体内发挥着不同的作用。氨基酸还能用于制造很多其他分子，比如肾上腺素（战或逃激素）、血清素（一种神经递质，用于脑细胞间的通信）。

尘归尘，土归土。我们用氨基酸合成的身体组织和分子最终也会被分解成氨基酸， 并随着血流进入肝脏。肝脏内发生的事情比较复杂。氨基酸里的“胺基”和氨气里的“氨”结构相似，有些清洁剂之所以会致命，就是因为它们含有氨，而氨基酸代谢也会产生氨。幸运的是，人体已经演化出能将氨转化为尿素的机制，尿素会随着血液进入肾脏，并随尿液排出。这就是为什么尿会辣眼睛，因为它是由氨转化来的。

我们每天“尿”出去的蛋白质大约有50克。 如果你勤于锻炼，尿出去的蛋白质可能会更多，因为肌肉分解会随着锻炼而增加。我们需要补充足够的蛋白质，以弥补这些损失，否则就会造成蛋白质不足。如果我们摄入的蛋白质比需要的多，多余的氨基酸就会被转化成尿素排出。如果你服用的蛋白质补充剂太多，你的尿就会变多。

蛋白质生命历程的最后一站是将氨基酸转化为能量（图2–1）。蛋白质含氮的一端会转化成尿素，尾巴则被用来制造葡萄糖（这一过程叫作糖异生，意思是“制造新糖”或“生成酮”，两者都能补充能量）。蛋白质只提供一小部分能量，大约是每日能量消耗的15%。但如果我们遇到了饥荒，不得不靠吃皮带才能生存下去，这些能量就会变得极其重要。 zv0U+UZjuqTsb/YQBt29oTOw/pi+zErjjdg609CCo7LA6aZog+LhotUdpJywxHGi