蝦青素與運(yùn)動(dòng)

吳麗君，阮英朝，王 潔，賈亞婕

1 蝦青素

蝦青素(Astaxanthin，3,3'-二羥基-β，β'-胡蘿卜素-4,4'-二酮，對(duì)于化學(xué)結(jié)構(gòu)參見圖1)，一種紅色類胡蘿卜素，是一種天然存在于藻類，魚類，甲殼類和鳥類中的生物抗氧化劑[1]。通過清除和猝滅ROS和自由基(超氧化物陰離子，過氧化氫，單線態(tài)氧等)和抑制體外脂質(zhì)過氧化，大量研究表明蝦青素具有強(qiáng)大的抗氧化活性，蝦青素對(duì)自由基和脂質(zhì)過氧化作用的抑制作用大約是維生素E的1000倍、Q10的60倍、番茄紅素的7倍。蝦青素的這些高度抗氧化活性可歸因于末端環(huán)部分的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其能夠在磷脂膜的表面和內(nèi)部捕獲自由基。大量研究表明蝦青素是體內(nèi)和體外系統(tǒng)中抗氧化和氧化應(yīng)激最有效的抗氧化劑之一。它在預(yù)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作用，AST也具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、促進(jìn)脂肪氧化的作用。體外研究已經(jīng)證明，蝦青素比β-胡蘿卜素、花青素和番茄紅素具有更為活潑的自由基清除能力。在哺乳動(dòng)物中，蝦青素口服后積累在肌肉、肝臟和腎臟組織中。蝦青素能減輕肌肉損傷、抑制由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的DNA和脂質(zhì)的過氧化作用。蝦青素是唯一能通過血腦屏障的類胡蘿卜素，可直接與肌肉組織結(jié)合[2]。

1.1 蝦青素的抗氧化性能

Janina[3](2016)等通過電子自旋共振(ESR)和自旋捕獲及光子計(jì)數(shù)的氧猝滅活性測(cè)得：蝦青素除了其著色性能，還表現(xiàn)出重要的自由基清除，氧猝滅和抗氧化活性。Choi 和Karppi[4]研究發(fā)現(xiàn)12周的蝦青素補(bǔ)充劑可以改善安靜狀態(tài)下肥胖受試者的總抗氧化能力和降低MDA水平，并降低健康未受過訓(xùn)練的男性的脂質(zhì)過氧化水平。Park[5]等(2010)發(fā)現(xiàn)，膳食蝦青素在年輕健康女性中降低了氧化性DNA損傷(8-OHdG)的生物標(biāo)志物。Baralic[6]等(2013)研究表明，蝦青素補(bǔ)充對(duì)對(duì)氧磷和對(duì)二氧磷素的對(duì)氧磷酶活性以及年輕足球運(yùn)動(dòng)員的總巰基含量具有有益的作用。并且蝦青素可能對(duì)運(yùn)動(dòng)員更容易受到的氧化應(yīng)激發(fā)生作用，為酶和非酶內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)提供額外的支持，以減少ROS生產(chǎn)的增加。吳麗君[7](2017)將16名體育學(xué)院男生隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組服用中等劑量(12mg/d)的蝦青素28天，之后進(jìn)行急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，測(cè)得抗氧化能力值、血乳酸和血尿酸值，結(jié)果表明連續(xù)4周服用蝦青素可顯著提高人體在安靜狀態(tài)下的抗氧化能力、降低血乳酸、血尿酸含量；可改善急性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后人體抗氧化能力的降低程度和恢復(fù)程度，血乳酸及血尿酸的產(chǎn)生程度和清除速度。

圖1 蝦青素化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1.2 蝦青素的免疫調(diào)節(jié)作用和抗炎作用

一些研究表明蝦青素的免疫調(diào)節(jié)作用能夠刺激動(dòng)物和人類的免疫應(yīng)答。膳食蝦青素增強(qiáng)了年輕健康女性的細(xì)胞介導(dǎo)和體液免疫應(yīng)答[8]。在補(bǔ)充蝦青素機(jī)體內(nèi)T細(xì)胞和B細(xì)胞絲裂原誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞增殖，自然殺傷細(xì)胞(NK)細(xì)胞細(xì)胞毒活性增強(qiáng)，γ-干擾素(INF-γ)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)產(chǎn)生和白細(xì)胞功能抗原-1表達(dá)后免疫標(biāo)記顯著增強(qiáng)[9]。同時(shí)蝦青素增加小鼠的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞活性，并抑制應(yīng)激誘導(dǎo)的NK細(xì)胞活性。Aoi[10]等(2008)發(fā)現(xiàn)蝦青素可減弱小鼠骨骼和心臟肌肉的氧化損傷及相關(guān)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)。Camera[11]等(2009)發(fā)現(xiàn)一些運(yùn)動(dòng)員目前正在使用蝦青素作為天然遮陽劑，補(bǔ)充蝦青素可以通過提供真皮層的光保護(hù)作用，防止紫外線(UVA)皮膚損傷。

1.3 蝦青素可促進(jìn)脂肪氧化供能

McGarry和Brown[12](1997)研究發(fā)現(xiàn)蝦青素可增強(qiáng)脂肪氧化,并將其歸因于脂肪酰基輔酶A通過肉堿棕櫚醇轉(zhuǎn)移酶1(CPT1)功能的改善，使脂肪酰基輔酶A進(jìn)入線粒體的數(shù)量增多。CPT1位于線粒體膜上，是脂肪酸代謝的限速酶。Naguib[13](2000)研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充蝦青素可以通過抑制線粒體膜上損傷性ROS的積累來改善CPT1功能。Ikeuchi 和Aoi[14]在使用小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，4-5周的蝦青素補(bǔ)充劑(6-30mg·kg體重-1)能改善運(yùn)動(dòng)期間的脂肪利用，增加小鼠在游泳和跑步機(jī)上的力竭時(shí)間。Aoi[10](2008)蝦青素能抑制運(yùn)動(dòng)期間血漿乳酸升高和肌糖原分解代謝，從而促進(jìn)蝦青素的脂肪分解作用。

2 蝦青素在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中的不足與展望

在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期間，能量系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素的競(jìng)爭(zhēng)是一些運(yùn)動(dòng)員疾病風(fēng)險(xiǎn)升高的原因，運(yùn)動(dòng)員希望通過膳食來源或補(bǔ)充抗氧化劑得以解決。因此，抗氧化劑補(bǔ)充廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。在補(bǔ)充抗氧化劑期間不僅是抗氧化劑的類型，包括補(bǔ)劑的劑量和持續(xù)時(shí)間對(duì)于機(jī)體的有效干預(yù)，可能是通過改善能量可用性、使運(yùn)動(dòng)恢復(fù)速度更快、心血管和免疫健康狀況得到改善來體現(xiàn)。在美國(guó)大學(xué)運(yùn)動(dòng)員中調(diào)查發(fā)現(xiàn)90%的耐力運(yùn)動(dòng)員通常使用補(bǔ)充劑。然而，需要進(jìn)一步的研究來闡明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和抗氧化劑補(bǔ)充的互動(dòng)效應(yīng)。

確定蝦青素劑量是研究者研究的目的。當(dāng)研究抗氧化劑的生理作用時(shí)，劑量應(yīng)該類似并且接近于通常消耗的量。然而，當(dāng)研究抗氧化劑的潛在藥理學(xué)功能時(shí)，注意不僅要集中在干預(yù)的劑量上，還應(yīng)集中在可能的期望結(jié)果和介導(dǎo)的途徑上。影響劑量的一個(gè)重要因素是補(bǔ)充的抗氧化劑在組織中達(dá)到的峰值。例如，維生素C在給藥后數(shù)小時(shí)內(nèi)被吸收。考慮到氧化修飾的持續(xù)發(fā)生，維生素C的補(bǔ)充不僅只一次(例如早晨)，而是每隔幾小時(shí)(例如每6小時(shí)一次)就可以補(bǔ)充，以便在白天達(dá)到高血藥濃度。此外，當(dāng)調(diào)查一種以上抗氧化劑的急性攝入時(shí)，它們的施用應(yīng)在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，以便在同一時(shí)間點(diǎn)顯示其峰值。這意味著在施用單劑抗氧化劑的研究中的取樣點(diǎn)取決于所給予的抗氧化劑類型。此外，給藥途徑(靜脈內(nèi)或口服)似乎也影響著血漿峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)。目前運(yùn)動(dòng)中補(bǔ)充的抗氧化劑在不同訓(xùn)練狀態(tài)的受試者中有不同的運(yùn)動(dòng)方案和不同的結(jié)果。因此，在任何情況下，對(duì)采用的運(yùn)動(dòng)類型(例如需氧或厭氧)，受試者特征，使用的氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物都以研究結(jié)果來分別解釋。

已有的研究仍然不能定義蝦青素?cái)z入量及更優(yōu)的實(shí)驗(yàn)室生物標(biāo)志物評(píng)估指標(biāo)。長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引起機(jī)體生理功能和骨骼肌收縮性能的顯著變化，主要通過補(bǔ)充抗氧化物質(zhì)(急性地)優(yōu)化骨骼肌氧化劑濃度，從而使機(jī)體在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)期間產(chǎn)生更大的能量。然而，當(dāng)抗氧化劑(AOX)抑制氧化物生成時(shí)，生理性運(yùn)動(dòng)可能會(huì)被鈍化。因此，應(yīng)考慮關(guān)于急性補(bǔ)充AOX和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的研究。其中優(yōu)化骨骼肌中氧化劑含量所需的AOX量相對(duì)于所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)量可能顯示出劑量反應(yīng)效應(yīng)以及蝦青素在機(jī)體內(nèi)的代謝途徑。這尚未得到充分調(diào)查，應(yīng)成為未來抗氧化研究的重點(diǎn)。