蝦青素對運動機體的促進作用

孫 卓，王 舒，吳麗君

（山西大學體育學院，山西 太原 030006）

蝦青素（Astaxanthin，3，3'-二羥基-β，β-胡蘿卜素-4，4'-二酮）是葉黃素類胡蘿卜素（圖1），為一種天然的高效的抗氧化劑，廣泛存在于微藻、浮游生物、磷蝦、三文魚、鱒魚和甲殼類動物的海洋環(huán)境中，同時它也存在于酵母、真菌、復合植物和一些鳥類的羽毛中，包括火烈鳥和鵪鶉等生物體內(nèi)，因此構(gòu)成了人類日常主要的飲食。大量資料顯示，蝦青素具有極強的抗氧化性，其抗氧化能力至少是β2胡蘿卜素的10倍，是維生素E的80～550倍。同時，蝦青素能夠跨越生物膜的雙層脂類/蛋白膜，實現(xiàn)其抗氧化功能。已知蝦青素在預防和治療各種疾病，如癌癥、慢性炎性疾病、糖尿病、心血管和神經(jīng)退行性疾病方面具有潛在的健康促進作用。關(guān)于蝦青素在運動醫(yī)學領(lǐng)域的研究應用并不多，本文主要針對蝦青素干預對運動機體的代謝做了相關(guān)闡述，為蝦青素在運動醫(yī)學領(lǐng)域的研究提供相關(guān)信息。

1 蝦青素的抗氧化性

氧化應激是神經(jīng)系統(tǒng)疾病病理學中的重要調(diào)節(jié)因子。細胞中促氧化劑與抗氧化劑反應的失衡可導致氧化應激的發(fā)生，從而導致大量活性氧（ROS）和自由基的產(chǎn)生。機體在運動過程中會產(chǎn)生大量自由基，當活性氧與自由基增多堆積時，細胞內(nèi)陰陽離子相互反應，造成細胞功能紊亂，并進一步導致細胞衰亡。蝦青素是目前所發(fā)現(xiàn)的抗氧化劑中其抗氧化能力較強的抗氧化劑之一，與其他類胡蘿卜素相比其抗氧化順序為蝦青素＞α胡蘿卜素＞ β胡蘿卜素＞紅木素＞玉米黃質(zhì)＞黃體素＞膽紅素＞膽綠素，且已報道蝦青素經(jīng)常用于與維生素C、E和β胡蘿卜素作為抗氧化補充劑的組合制劑。蝦青素可通過各種機制猝滅單線態(tài)氧，清除自由基，抑制脂質(zhì)過氧化和調(diào)節(jié)與氧化應激相關(guān)的基因表達來作為對氧化損傷的保護作用。Li等人在人視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）細胞系A(chǔ)RPE-19的實驗中，通過蝦青素補充后抑制了細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，并阻止H2O2誘導的視網(wǎng)膜色素上皮細胞活力的降低。Curek等人發(fā)現(xiàn)，蝦青素處理顯著降低了大鼠缺血再灌注后肝細胞損傷的氧化應激水平，以及降低了黃嘌呤脫氫酶（XDH）向黃嘌呤氧化酶（XO）的轉(zhuǎn)化。以上說明蝦青素能夠起到清除自由基，保護機體免受氧化所帶來的細胞損傷及凋亡。

2 蝦青素與自由基清除

蝦青素屬類胡蘿卜素，類胡蘿卜素在多烯鏈中含有共軛雙鍵，可通過淬滅單線態(tài)氧和清除自由基以終止鏈反應而負責抗氧化活性。蝦青素能夠清除自由基是因為其中心的共軛多烯鏈，蝦青素每個紫羅蘭酮環(huán)上含有羥基和酮基部分。由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)，它可從細胞膜外連接到膜內(nèi)（圖2），蝦青素的末端環(huán)可清除細胞膜表面和內(nèi)部的自由基，因此與其他抗氧化劑相比具有更好的生物活性。Tripathi等人證明，蝦青素處理通過紅系衍生的核因子2相關(guān)因子2的抗氧化反應元件途徑減輕了大鼠肝細胞中環(huán)磷酰胺所誘導的氧化應激，并且降低了DNA損傷及細胞的死亡。

圖1 蝦青素的結(jié)構(gòu)

圖2 蝦青素的跨膜取向

3 蝦青素補充可提高運動能力

已有資料表明，補充蝦青素能夠緩解運動后機體疲勞，增強氧化應激系統(tǒng)功能，減少運動后機體血乳酸的積累，降低了丙二醛（MDA）水平等，從而起到提高運動能力的效果。

3.1 蝦青素能夠提高SOD活性

超氧化物歧化酶（SOD）對機體的氧化與抗氧化平衡起著至關(guān)重要的作用，此酶能清除超氧陰離子自由基，保護細胞免受損傷。已有研究表明，蝦青素的補充能夠提高運動機體內(nèi)SOD的活性，有效減少運動疲勞的產(chǎn)生。沈?qū)幫ㄟ^游泳遞增負荷試驗分析了運動及蝦青素補充對大鼠骨骼肌抗氧化能力的影響。結(jié)果表明，長期進行有氧運動可提高大鼠腦中抗氧化能力，并能降低脂質(zhì)過氧化水平。此外，蝦青素的補充顯著抑制了遞增運動負荷所致的大鼠骨骼肌細胞SOD活性的降低。探討蝦青素的抗氧化機制及其對血管內(nèi)皮細胞過氧化氫酶和超氧化物歧化酶 1（SOD 1）表達的影響。苗升浩等人通過蝦青素干預牛頸動脈內(nèi)皮細胞測定了過氧化氫酶和SOD 1蛋白表達水平的變化。結(jié)果表明，不同濃度的蝦青素均能上調(diào)過氧化氫酶、SOD1的表達。這說明蝦青素可以增強清除內(nèi)皮細胞活性氧組族酶的表達，體現(xiàn)抗氧化機制的多樣性 ，并有潛在的維持內(nèi)皮功能的作用。

3.2 蝦青素加快了血乳酸的清除率

人體在安靜狀態(tài)下的血乳酸值處于穩(wěn)態(tài)，主要是由于人體成熟紅細胞、腎髓質(zhì)的代謝旺盛，即使在安靜狀態(tài)下依然有很強的代謝能力。然而，隨著機體運動的開始，人的整體代謝水平隨之提高，這些組織所產(chǎn)生乳酸的代謝水平也會隨之提高，短時大強度運動后血乳酸濃度上升與此有一定關(guān)系。肌肉中乳酸的大量堆積，導致ATP的水解速率減慢，肌肉收縮力下降；同時降低了與糖酵解有關(guān)酶的活性，從而影響糖酵解的效率；乳酸的堆積還使血液及腦內(nèi)的PH值下降，從而抑制大腦神經(jīng)，產(chǎn)生中樞疲勞。吳麗君等研究了急性大強度運動后補充蝦青素對人體抗氧化能力、血乳酸及血尿酸的影響，結(jié)果顯示，補充蝦青素28天后，明顯改善了血乳酸及血尿酸的產(chǎn)生程度和清除速度。

3.3 蝦青素對丙二醛（MDA）的影響

丙二醛（MDA）是一種短鏈的醛，是脂質(zhì)過氧化反應的終產(chǎn)物，丙二醛（MDA）的含量在一定程度上能夠衡量脂質(zhì)過氧化及細胞膜性結(jié)構(gòu)損傷程度，因此運動后體內(nèi)MDA的含量可間接反映出細胞損傷的程度，進而反映組織脂質(zhì)過氧化程度。運動后體內(nèi)較高的丙二醛含量加速了運動損傷的發(fā)生。苗小寶通過對大鼠力竭游泳運動補充6周天然蝦青素顯著降低了大鼠骨骼肌中MDA的含量，降低脂質(zhì)過氧化水平，增強機體的抗氧化能力，對機體產(chǎn)生了一定的保護作用。王豐光在大鼠游泳或游泳配合服用天然蝦青素后對安靜、力竭運動后體內(nèi)MDA的水平均有降低作用，且蝦青素補充明顯改善了大鼠腎臟細胞安靜時的脂質(zhì)抗氧化水平。蝦青素除了對以上生化指標有很好的緩解功效外，其在對抗因運動產(chǎn)生的炎癥因子、抗?jié)儭⒖鼓[瘤等方面都取得了長足進展。

4 結(jié) 語

蝦青素作為一種高效的抗氧化劑對生物體的保護扮演著重要的角色。雖然關(guān)于蝦青素在生物體的探索已有較大進展，而蝦青素對運動后機體代謝層面小分子上所具有的保護機制還需進一步探究，進而為蝦青素在醫(yī)藥領(lǐng)域、生物保健及運動醫(yī)學領(lǐng)域的應用提供更科學的依據(jù)。