112 年 國立臺灣大學食品科技研究所戊組《營養學》

本題主要探討自由基的生成、與疾病的關聯、抗氧化微量元素以及預防與清除自由基的方法。

核心觀念： 自由基 (Free radicals) 是具有不成對電子的分子，因其不穩定性而容易奪取鄰近分子的電子，造成氧化損傷。體內存在抗氧化系統來平衡自由基的產生。

詳解：

• 自由基與疾病的關聯性：
  自由基的產生是正常生理代謝的產物，但當其產生過多或抗氧化能力不足時，就會造成氧化壓力 (oxidative stress)。氧化壓力會損害細胞中的重要分子，如 DNA、蛋白質和脂質，進而引發或加速多種慢性疾病的發展，包括：

  • 心血管疾病： 自由基會氧化低密度脂蛋白 (LDL)，促進動脈粥狀硬化的形成。
  • 癌症： 自由基損傷 DNA，可能導致基因突變，增加癌症風險。
  • 神經退化性疾病： 如阿茲海默症和帕金森氏症，與神經細胞氧化損傷有關。
  • 老化： 自由基被認為是導致細胞和組織老化的主要因素之一。
  • 發炎性疾病： 氧化壓力會加劇發炎反應。

• 扮演重要角色的微量元素：
  許多微量元素是抗氧化酶系統的輔因子，它們在清除自由基中扮演關鍵角色：

  • 硒 (Selenium, Se)： 是穀胱甘肽過氧化酶 (glutathione peroxidase, GPx) 的組成成分，GPx 是人體重要的抗氧化酶，能催化過氧化氫 (H₂O₂) 轉化為水，並清除有機過氧化物。
  • 鋅 (Zinc, Zn)： 是超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase, SOD) 的輔因子之一（另一種是銅），SOD 能將超氧化物陰離子 (O₂⁻) 轉化為氧氣和過氧化氫。
  • 銅 (Copper, Cu)： 同樣是細胞質 SOD 的輔因子，與鋅協同作用。
  • 錳 (Manganese, Mn)： 是粒線體 SOD (Mn-SOD) 的輔因子，負責清除粒線體產生的自由基。

本題旨在探討肥胖、代謝症候群與腸道菌群之間的關係，並要求提出相應的預防與治療策略。

核心觀念： 肥胖是代謝症候群的重要危險因子，而腸道菌群的失衡 (dysbiosis) 被證實與這兩者皆有密切關聯，可能透過影響能量代謝、發炎反應和腸道屏障功能等機制來調節宿主的健康。

詳解：

• 肥胖、代謝症候群與腸道菌群的關聯性：

  • 能量代謝： 腸道菌群能分解宿主無法消化的膳食纖維，產生短鏈脂肪酸 (short-chain fatty acids, SCFAs)，如醋酸鹽 (acetate)、丙酸鹽 (propionate) 和丁酸鹽 (butyrate)。SCFAs 可作為腸細胞的能量來源，並影響全身能量代謝，例如促進脂肪組織的儲存，或調節食慾相關荷爾蒙（如 GLP-1）。某些菌群組成（如較高比例的 Firmicutes 相對 Bacteroidetes）與肥胖相關。
  • 發炎反應： 腸道菌群失衡可能導致腸道屏障功能受損，增加腸道通透性 (intestinal permeability)。這使得細菌產物，如脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS)，更容易進入血液循環，引發慢性低度發炎 (chronic low-grade inflammation)。這種全身性發炎是肥胖和代謝症候群（如胰島素阻抗）的重要驅動因素。
  • 代謝調節： 腸道菌群能影響膽汁酸代謝、合成某些維生素（如維生素 K、B 群），並參與藥物代謝，這些都可能間接影響宿主的代謝狀態。
  • 食慾與飽足感： 腸道菌群能影響腸道神經系統和腦腸軸 (gut-brain axis) 的訊號傳遞，進而調節食慾、飢餓感和飽足感。

• 預防與治療的策略與機制：

  1. 飲食調整（飲食是影響腸道菌群最重要的因素）：
     • 增加膳食纖維攝取： 膳食纖維是益生元 (prebiotics)，能促進有益菌（如 Bifidobacteria 和 Lactobacilli）的生長，並增加 SCFAs 的生產。建議攝取多樣化的蔬菜、水果、全穀類、豆類、堅果種子。
       • 機制： 纖維被腸道菌發酵產生 SCFAs，如丁酸鹽能修復腸道上皮、抗發炎；丙酸鹽可能影響肝臟葡萄糖生成；醋酸鹽可作為全身的能量來源。SCFAs 也能調節腸道激素，影響食慾。

本題主要考察學生對台灣國民營養健康狀況變遷調查的了解，以及對特定營養素缺乏的現況分析與對策。

核心觀念： 國民營養健康狀況變遷調查是重要的公共衛生工具，用於評估國人營養健康現況，並作為制定國家營養政策的基礎。

詳解：

• 國民營養健康狀況變遷調查 (National Health and Nutrition Examination Survey, NHANES - 台灣的正式名稱為「國民營養健康狀況變遷調查」)：
  這是一項週期性的全國性調查，旨在評估台灣人口的營養攝取、健康狀況、身體組成、慢性病盛行率及相關危險因子。透過抽樣代表性的調查對象，收集飲食、生化、人體測量、問卷等資料，以了解國人營養健康趨勢。

  • 目的： 監測營養問題、評估政策成效、提供學術研究基礎、制定健康促進與疾病防治策略。
  • 內容： 通常包含飲食攝取評估（食物頻率問卷、24小時飲食回憶）、生化檢查（血液、尿液、糞便）、身體測量（身高、體重、腰圍、體脂肪）、生理功能測試、健康行為與生活方式問卷等。
  • 台灣的調查期程： 台灣的「國民營養健康狀況變遷調查」約每 5-6 年進行一次。最近一期為 2017-2020 年。

• 根據 2017-2020 年調查結果，國人常見缺乏的營養素（擇一申論）：
  台灣國民營養健康狀況變遷調查顯示，各年齡層在不同營養素的攝取上存在普遍不足的問題。常見的包括：

  • 鈣 (Calcium, Ca)
  • 維生素 D (Vitamin D)
  • 鐵 (Iron, Fe) (特別是育齡女性)
  • 膳食纖維 (Dietary Fiber)
  • 維生素 B1 (Thiamine) (部分高齡或特定族群)
  • 鎂 (Magnesium, Mg)

  在此以「鈣」為例進行申論：

  • 調查結果顯示： 根據 2017-2020 年調查，台灣各年齡層的平均鈣攝取量普遍低於國人膳食營養素參考攝取量 (DRIs)。例如，青少年、成人及老年人的鈣攝取量均有不足的現象，尤其是女性。
  • 鈣質不足的影響：
    • 骨骼健康： 鈣是骨骼和牙齒的主要結構成分。長期鈣攝取不足會導致骨密度下降，增加骨質疏鬆症 (osteoporosis) 的風險，提高骨折機率，尤其在停經後女性。

本題針對一位進行阻力訓練的碩士生，分析其運動表現下降的原因，並提出營養調整建議。

核心觀念： 運動表現與能量供應、營養素均衡攝取、恢復狀況密切相關。阻力運動尤其需要足夠的碳水化合物作為能量來源，並需關注蛋白質的適當補充與整體飲食的均衡性。

詳解：

• 承宏運動表現退步及易疲勞的原因分析：
  1. 碳水化合物攝取不足：
     • 現象： 承宏的飲食內容中，蛋白質比例過高，而碳水化合物（主食如米飯、麵包、麵條、水果）的比例相對偏低，且多集中在晚餐（半碗飯）。早餐只喝乳清蛋白，午餐三明治的碳水化合物量不明，下午又是高蛋白飲品。
     • 影響： 碳水化合物是肌肉運動時最主要的能量來源。當碳水化合物攝取不足時，肌肉肝醣 (glycogen) 儲存量會下降。運動時，身體為了維持運動強度，必須依賴脂肪代謝供能，但脂肪代謝的效率較低，且無法在高強度運動中提供足夠能量，導致運動初期即感到疲勞、運動表現下降。
     • 計算驗證：
       • 身高 182 cm, 體重 80 kg。BMI = 80 / (1.82)^2 ≈ 24.1 kg/m²，體位標準。
       • 假設承宏的基礎代謝率 (BMR) 約為 1700-1800 kcal。
       • 進行舉重訓練，每日總能量消耗 (TDEE) 可能超過 2500-3000 kcal，甚至更高。
       • 蛋白質攝取：早餐 60g 乳清蛋白 + 下午高蛋白飲品 + 午晚餐的雞胸肉/肉類。總蛋白質攝取量可能遠超過建議量（運動員約 1.2-2.0 g/kg 體重），可能達到 150-200g 甚至更多。
       • 碳水化合物攝取：若晚餐僅半碗飯（約 100g 熟飯，含約 25-30g 碳水化合物），且午餐三明治的碳水化合物含量不高，則每日總碳水化合物攝取量可能僅 50-100g，遠低於運動員所需（一般建議運動員碳水化合物佔總熱量 50-65%，對承宏而言可能需要 300-450g 甚至更多）。
  2. 蛋白質攝取過量且時機不當：
     • 現象： 頻繁飲用乳清蛋白和高蛋白飲品，總蛋白質攝取量可能遠超出肌肉合成所需。
     • 影響： 過量蛋白質無法轉化為肌肉，反而會增加腎臟負擔，且身體會將多餘蛋白質代謝為能量，但這並非最有效率的能量來源，同時也佔用了腸胃消化吸收的資源。
  3. 飲食失衡，缺乏其他重要營養素：
     • 現象： 飲食內容過於單一，以蛋白質和少量肉類為主，沙拉雖有蔬菜，但僅「一小份」且搭配「無脂沙拉醬」，可能缺乏足夠的健康脂肪、維生素和礦物質。
     • 影響： 運動表現和恢復不僅依賴蛋白質和碳水化合物，還需要足夠的維生素（如 B 群參與能量代謝）和礦物質（如鐵、鎂參與氧氣運輸和肌肉功能），以及健康脂肪提供能量和合成荷爾蒙。

本題要求比較嬰兒早期與成人在蛋白質消化吸收方面的差異與共同點。

核心觀念： 蛋白質消化吸收的過程涉及胃和小腸多種酶的作用，嬰兒的消化系統尚未成熟，其蛋白質消化吸收的機制與成人有所不同，以適應母乳或配方奶的營養需求。

詳解：

• 相同點 (Similarities)：

  1. 消化場所： 蛋白質的消化主要發生在胃和十二指腸（小腸的上段）。
  2. 主要酶系統： 成人和嬰兒的蛋白質消化都依賴胃蛋白酶 (pepsin) 和胰臟分泌的蛋白酶（如胰蛋白酶 trypsin、糜蛋白酶 chymotrypsin、羧肽酶 carboxypeptidase）以及小腸壁上的胜肽酶 (peptidases)。
  3. 消化產物： 最終的消化產物都是胺基酸 (amino acids) 和小胜肽 (small peptides)，這些是腸道能夠吸收的形式。
  4. 吸收途徑： 胺基酸和小胜肽主要透過主動運輸方式被小腸黏膜細胞吸收，然後進入門靜脈循環。

• 不同點 (Differences)：

  1. 胃部消化：
     • 成人： 胃酸 (HCl) 分泌量大，pH 值低（約 1.5-3.5）。胃蛋白酶在酸性環境下活性高，能將蛋白質初步水解成較小的胜肽。
     • 嬰兒早期： 胃酸分泌量相對較少，pH 值較高（約 3-5）。胃蛋白酶活性也較低。但嬰兒胃液中含有較高濃度的凝乳酶 (rennin)，這種酶對牛奶中的酪蛋白 (casein) 有特殊的凝固作用。

本題主要探討母乳餵養的生理機制（荷爾蒙調節與溢乳反射）及其對嬰兒和母親的影響。

核心觀念： 泌乳是一個複雜的生理過程，受多種荷爾蒙調控，並涉及反射性機制。母乳的組成和餵食模式會影響嬰兒的飽足感，而哺乳本身對母親也有多重益處。

詳解：

• 荷爾蒙調節與溢乳反射 (Letdown Reflex)：

  • 泌乳調節荷爾蒙：
    • 催乳素 (Prolactin, PRL)： 由腦下垂體前葉分泌。當嬰兒吸吮乳頭時，會刺激乳頭的神經傳導至腦下垂體，促使其分泌催乳素。催乳素作用於乳腺上皮細胞，刺激其製造和分泌乳汁。催乳素的分泌呈脈衝式，且在夜間睡眠時最高。
    • 催產素 (Oxytocin)： 由腦下垂體後葉分泌。催產素是啟動「溢乳反射」的主要荷爾蒙。嬰兒吸吮刺激引發神經衝動，傳遞至下視丘，進而促使腦下垂體後葉釋放催產素。
  • 溢乳反射 (Letdown Reflex)：
    • 機制： 當母親聽到嬰兒哭聲、想到嬰兒、或在嬰兒開始吸吮時，催產素會被釋放。催產素作用於乳腺周圍的肌上皮細胞 (myoepithelial cells)，引起這些細胞收縮，將乳腺中的乳汁擠壓入乳腺導管，使其能順利流出。
    • 重要性： 溢乳反射是順利哺乳的關鍵，讓嬰兒能有效地吸取乳汁。

• (1) “喝母奶的小孩容易吃不飽”的正確性？

  • 不完全正確。 這個說法可能源於對母乳與配方奶的誤解。
  • 母乳的特性：
    • 易消化： 母乳中的蛋白質（乳清蛋白比例高）和脂肪組成比配方奶（特別是牛奶基底）更容易被嬰兒消化吸收。因此，母乳餵養的嬰兒可能需要更頻繁的餵食，但這並不代表他們「吃不飽」。
    • 成分變化： 母乳的成分會隨餵食時間和嬰兒吸吮程度而變化。初乳 (foremilk) 較稀薄，水分和乳糖較多，提供水分和能量；後乳 (hindmilk) 脂肪含量較高，能提供更多能量和飽足感。如果餵食不當（如未排空乳房，導致後乳未被充分吸取），嬰兒可能感覺較快飢餓。

本題旨在探討載脂蛋白 B (ApoB) 與載脂蛋白 A-1 (ApoA-1) 的比值作為心血管疾病風險指標的意義。

核心觀念： 載脂蛋白是脂蛋白顆粒的結構組成部分，它們在脂質運輸和代謝中扮演關鍵角色。ApoB 主要存在於低密度脂蛋白 (LDL) 和極低密度脂蛋白 (VLDL) 等「致動脈粥樣硬化」的脂蛋白中，而 ApoA-1 則是高密度脂蛋白 (HDL) 的主要成分，HDL 被認為具有「抗動脈粥樣硬化」的作用。因此，兩者的比值能反映動脈粥樣硬化的風險。

詳解：

• 載脂蛋白 B (ApoB)：

  • 功能： ApoB 是 LDL 和 VLDL 等脂蛋白顆粒的結構蛋白。它作為受體結合位點，幫助這些脂蛋白與細胞表面的 LDL 受體結合，將膽固醇運送到周邊組織。
  • 與疾病關聯： 血液中 LDL 膽固醇過高，尤其是其顆粒數 (LDL-P) 或 ApoB 濃度升高，是動脈粥樣硬化 (atherosclerosis) 發展的主要驅動因素。ApoB 濃度直接反映了循環中致動脈粥樣硬化性脂蛋白顆粒的數量。

• 載脂蛋白 A-1 (ApoA-1)：

  • 功能： ApoA-1 是 HDL 的主要載脂蛋白。HDL 的主要功能是「反向膽固醇運輸 (reverse cholesterol transport)」，即將周邊組織（包括動脈壁上的膽固醇）運送回肝臟進行代謝和清除。ApoA-1 在此過程中起著關鍵作用，它能活化卵磷脂膽固醇醯基轉移酶 (LCAT)，促進膽固醇酯化，並參與膽固醇的移除。
  • 與疾病關聯： HDL 膽固醇 (HDL-C) 濃度越高，通常與較低的心血管疾病風險相關。ApoA-1 濃度能更精確地反映 HDL 的功能和數量。