作者：素无尘
University of California San Diego 癌症中心博士后。营养师、食品安全师
Washington University in St Louis公共卫生专业研究生、医学博士预科。Louisiana State University Health Sciences Center 公共卫生专业博士，并是Delta Omega Doctoral Award ，美国公共卫生毕业生最高荣誉之一。《中国临床营养网》签约营养师
主要研究方向戒烟戒酒戒大麻、营养与慢性病、癌症预防与控制。
文章首发于《大医生》杂志，由作者重新修订后再次推送。
已授权《中国临床营养网》转载
碳水化合物是一类基本的营养物质，它们包含了太阳辐射的能量，这种能量被捕获并储存在生物体中，用于驱动生命的各种进程。绿色植物中的叶绿素通过光合作用，在阳光的照射下合成葡萄糖（一种最常见的碳水化合物）。碳水化合物是一种理想的能量来源，它可以满足身体的能量需求，为大脑和神经系统提供食物，并维持消化系统的健康。
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01 关于碳水化合物
碳水化合物是一类包含碳、氢和氧三种元素的有机化合物。这个词的名字来源于它的基本成分：碳（carbon）、氢（hydrogen）和氧（oxygen）。"碳水化合物"一词的本意是以一定比例（2:1）的水（H2O）与碳（C）结合形成的物质，但是这并不能涵盖所有的碳水化合物类型，比如脱水糖。
碳水化合物主要分为以下几种类型：
单糖：这是最简单的碳水化合物形式。包括葡萄糖、果糖和半乳糖等。
双糖：由两个单糖分子结合形成。包括蔗糖（由葡萄糖和果糖组成）、乳糖（由葡萄糖和半乳糖组成）和麦芽糖（由两个葡萄糖分子组成）。
多糖：由许多单糖分子结合形成。包括淀粉、纤维素和糖原。
任何的碳水化合物在体内经过系列生化反应后最终都分解为糖（比如葡萄糖、果糖），又称为糖类。
02 碳水化合物（糖类）的生理功能有哪些？
大部分器官的食物都是葡萄糖。在人体中，碳水化合物经过消化和代谢，转化为葡萄糖，葡萄糖是身体各部位，尤其是大脑的重要能量来源。作为人体需求量最大、驱动生命前行的碳水化合物，它有什么生理功能呢？
碳水化合物的主要功能是提供能量。
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1）供给能量
糖类 的主要功能是为机体提供生理活动和体力活动所需要的能量。 每克糖在体内可以产生4千卡的能量。我们每天吃的食物中，碳水化合物的供能应该占60-65%（这也是营养学中的一般建议，但具体比例可能会因个人需要和饮食习惯而略有变化）。虽然每天进食这么多的碳水化合物，但是直接储存在体内的只有1-2%，大部分都作为能量提供给机体活动。
人体只能储存有限量的碳水化合物，这主要是以糖原的形式储存在肝脏和肌肉中。 如果摄入的能量大于消耗的能量，那么多余的碳水化合物确实会转化为脂肪储存起来。这是因为人体的脂肪储存能力远大于碳水化合物储存能力，所以当能量过剩时，人体会将多余的能量转化为脂肪以便储存。这也是为什么能量摄入过多而消耗过少会导致肥胖的原因。
所以，如果想要减肥，控制能量摄入（也就是控制饮食）和增加能量消耗（比如增加运动）是两个重要的方面。
2）节省蛋白质
如果能量摄入持续不足，人体会开始消耗蛋白质以获取能量，这会影响蛋白质在身体中的其他重要功能，如组织修复和免疫反应（关于蛋白质的功能及饮食健康，可参考两周前发的文章: ）。
另外，消耗蛋白质作为能量来源的确会产生一些副作用。蛋白质在体内代谢时会产生氮废物，包括尿素，这需要通过肾脏排出，从而可能加重肾脏的负担。此外，蛋白质的分解也会产生其他代谢产物，如氨和肌酸酐，它们需要通过肝脏进一步处理。
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3）构成身体组织
每个细胞都是含有糖的，只是体内每个部位的细胞所含的糖的种类略有不同。
比如肝细胞所含的主要糖原是肝糖原，肌肉细胞所含的主要是肌糖原，这两种在化学结构上是相同的，都是由葡萄糖分子组成的长链，但是在功能上有所不同。 肝糖原主要负责调节全身的血糖水平，而肌糖原则为肌肉细胞提供能量。 神经细胞的脂质主要是糖脂，它们在细胞信号传导和细胞识别中起重要作用。 细胞核中的RNA和DNA含有糖，这种糖就是核糖。
4）维持大脑及神经系统功能
因为大脑内部的糖原储备非常有限，几乎所有的生理活动功能都来源于葡萄糖，葡萄糖是维持大脑正常功能的必须营养素，因此大脑对糖的反应十分敏感。 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供给到大脑。
如果是血糖浓度下降，供给不足时，脑组织可能会因为缺乏能量而使脑细胞受损，从而产生功能性障碍，较为明显的症状包括反应迟钝、注意力不集中、头晕、心悸、出冷汗、甚至晕厥等。
如果是血糖浓度上升，供大于求时，神经系统的信号传导会受到阻碍，自主神经不受大脑控制。 因此，长期的高血糖（糖尿病）可以对神经系统造成损害，这称为糖尿病神经病变。 症状可能包括胃蠕动速率变慢、消化功能变弱，性功能勃起障碍，四肢敏感度下降等。
虽然大脑主要依赖葡萄糖作为能源，但在某些情况下，例如在饥饿或低碳水化合物饮食的情况下，大脑可以适应使用酮体（由脂肪酸衍生出来的能量物质）作为能源。 这是一个生存机制，允许人在食物短缺的情况下存活。
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5）解 毒、保护肝脏
当肝糖 原储备较合理的时候，肝脏对化学毒物（如酒精）有较强的解毒作用。 肝脏可以将碳水化合物转化为糖原，这是一种可以在需要时迅速释放葡萄糖的储备形式。 这种机制帮助维持血糖稳定，从而避免血糖过低可能对肝脏和其他器官造成的伤害。
适量的碳水化合物摄入可以帮助预防脂肪肝病。当能量摄入过多，尤其是过多的脂肪摄入，肝脏可能会储存过多的脂肪，从而导致脂肪肝。
不过，也不是摄入更多的碳水化合物就能提供更多的保护。过量的碳水化合物摄入，尤其是摄入过多的精炼的碳水化合物（如白面包、糖和甜点），可能会导致肥胖、糖尿病和其他健康问题，这些都可能对肝脏健康产生负面影响。
6）抗生酮作用
" 抗生酮作用 " 通常指的是通过减少酮体生成或者增加酮体的清除来防止血液中酮体水平过高的机制或过程。
当摄入足够的碳水化合物，身体首先会将它们转化为葡萄糖。 当葡萄糖供应不足时，如在饥饿状态，长时间的断食，或严格的低碳水化合物饮食时，身体会开始大量产生和使用酮体作为能量来源。 因此，摄入足够的碳水化合物是一种有效的抗生酮策略。 通过提供充足的葡萄糖，可以防止身体过度依赖脂肪氧化和酮体生成作为能量来源，从而避免血液中酮体水平过高。
然而，这并不意味着低碳水化合物饮食或产生酮体就是不健康的。 在一些情况下，如用于治疗特定的神经性疾病或作为一种减重策略，低碳水化合物或酮饮食可能是有益的，可以使酮体作为一种替代能量来源被大脑和其他器官使用。
如果是1型糖尿病患者，不应该进入酮症，因为如果不加控制，酮体的水平可能会过高，导致酮症酸中毒，这是一种严重甚至可能致命的状况。
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7）改善肠道功能
碳水化合物的改善肠道功能的作用主要是跟膳食纤维有关。 膳食纤维可以帮助改善和保持肠道健康。 大量研究证明： 足够的膳食纤维摄入与较低的心血管疾病、2型糖尿病以及某些类型的癌症（如结肠癌）的风险有关。 纤维能增加饱腹感，并减缓食物在消化系统中的过程，所以能帮助控制体重和血糖水平。
3）碳水化合物的合理摄入量是多少？
一般来说，碳水化合物的推荐量是每天摄入总能量的60-65%。比如一个轻体力女性劳动者，体重55公斤，身高165cm左右，不胖不瘦，日消耗1600千卡左右，则摄入也将会是1600千卡左右。所需要的碳水化合物大约是1600千卡*60%=960千卡，约是240克碳水化合物。
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碳水化合物主要来源是面、米、杂粮、薯类、豆类等食物中。以下是常见食物中的碳水化合物含量（这些数据通常是指食品的生重，即食品在烹饪或处理之前的重量）：
100克东北大米碳水化合物含量约75克 100克挂面约含74克 100克燕麦片约含62克 100克方便面约含60克 100克面条约含58克 100克绿豆约含58克 100克巧克力约含52克 100克馒头约含50克 100克米饭约含25克 100克红薯约含23克 100克香蕉约含20克 100克黄豆约含19克 100克土豆约含16克 100克猕猴桃约含12克 100克粥约含10克 100克大白菜约含3.1克 100克牛奶约含3.5克
04）什么是升糖指数（Glycemic index, GI）？
升糖指数也称血糖生成指数，反映的是升高血糖的速度和能力。
具体是指实验者禁食12小时以后，摄入含特定数量（如50克）可消化碳水化合物（扣除不可消化吸收的纤维素等）的食物所产生的血糖时间曲线下面积和标准物质（一般为葡萄糖）所产生的血糖时间下面积之比，再乘以100。
升糖指数高的食物更容易导致血糖水平急速升高，而升糖指数低的食物则对血糖水平的影响较小。
低升糖指数的食物可以帮助控制血糖，降低饥饿感，有助于控制体重。同时，一些研究表明低升糖指数饮食有助于降低2型糖尿病和心脏病的风险。而高升糖指数的食物通常能够提供快速能量，但过多摄入可能会导致体重增加和糖尿病等健康问题的风险增加。
附部分食物升糖指数表：
05什么是糖负荷（Glycemic Load, GL）？
糖负荷考虑了食物中碳水化合物的数量以及升糖指数。
公式如下：
糖负荷 (GL) = 升糖指数 (GI) × 食物中可消化的碳水化合物的克数 / 100
糖负荷提供了更完整的食物对血糖影响的信息，因为它不仅仅考虑了食物的升糖指数，还考虑了食物中碳水化合物的含量。举例来说，一种食物可能有很高的升糖指数，但如果它含有的碳水化合物很少，那么它的糖负荷可能就较低。比如西瓜的升糖指数较高（约72），但由于它含有的可消化碳水化合物较少（每份约6克），所以其糖负荷较低（约5）。
高糖负荷的食物，通常是含有大量碳水化合物且升糖指数较高的食物。例如，白面包、糯米饭、薯片、含糖饮料等。这些食物会迅速地提高血糖水平。
对于饮食控制，特别是对于糖尿病患者来说，糖负荷是一个更好的工具，因为它可以更准确地预测食物对血糖的影响。不过，这并不意味着要完全避免高糖负荷的食物，而是在日常饮食中要注意食物的糖负荷，保持饮食的均衡和多样性。