紅景天苷對運動后自由基和能量代謝改變的影響*

黎明華,湯長發△,歐陽江瓊

(1.湖南師范大學體育學院,長沙 410012;2.中南大學體育部,湖南長沙 410012)

紅景天(Rhodiola Sachalinensis A.Bor.)別名高山紅景天,是近年來開發的一種很有前途的藥用植物,為景天科(Crassulaceae)紅景天屬(Rhodida)多年生草本。紅景天素有“高原人參”的美稱,傳統醫學認為其性味甘、澀、寒。用于活血止血,清肺止咳,可治療肺炎咳嗽、咯血咳血、婦女白帶,外用治跌打損傷、燙火燒傷[1]。現代藥理分析表明,紅景天的主要有效成分是紅景天苷,它具有抗缺氧、抗疲勞、抗輻射、抗癌、延緩衰老、調節機體免疫等作用[2];還具有對神經系統、內分泌系統的調節作用和防止心血管以及多種老年性疾病的作用,有研究表明它與運動員的運動能力和運動成績的提高也有密切的關聯[3]。因此,紅景天苷在運動醫學和保健醫學等方面都具有十分重要的意義。運動性疲勞是指機體不能將它的機能保持在某一特定水平,或不能維持某一預定的運動強度。研究表明,運動尤其是大強度運動引起體內自由基大量產生,這些自由基進而攻擊細胞膜上的不飽和脂肪酸,引起脂質過氧化反應,破壞了膜的完整性、流動性及通透性,導致運動能力下降,誘發運動性疲勞。隨著現代競技運動水平的提高,運動強度越來越大,運動性疲勞及恢復也越來越受到人們的重視,對這方面的研究目前已成為運動生理學、運動營養學及運動醫學領域的熱門課題之一。近年來,許多研究人員在預防和延緩由于自由基引發的運動性疲勞方面作了大量的深入研究,從天然物質中尋找、篩選高效無毒的自由基清除劑來配合運動訓練以提高機體運動能力水平,并取得一些成果,如枸杞多糖、人參皂苷等等,但目前對紅景天苷在這方面的應用研究較少。本實驗通過研究紅景天苷在運動過程中對自由基和能量代謝相關指標的作用,從抗氧化系統、能量代謝系統等方面探討紅景天苷抗運動性疲勞的機制,為把紅景天苷應用于體育實踐提供理論指導和實驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 儀器與試劑 血糖儀(日本京都公司);全自動生化儀(日本Olympus公司);MK3型酶標儀(美國Thermo公司);臺式高速低溫離心機(德國Heraeus公司);WP7微波爐(順德市格蘭仕電器實業有限公司);RE52CS旋轉蒸發儀(上海榮生儀器廠);SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)。紅景天干粉(購于本地藥店,經本地藥檢所鑒定為高山紅景天Rhodiola SachalinensisA.Bor.的干燥根);超氧化物歧化酶(SOD)檢測試劑盒,丙二醛(MDA)檢測試劑盒,谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)檢測試劑盒,肝、肌糖原檢測試劑盒,總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、游離脂肪酸(FFA)測試劑盒(購于南京建成生物工程研究所)。

1.1.2 制備紅景天苷 取1 000 g紅景天干粉,加水浸泡20min(料液比1∶100),然后微波輻射提取20 min;將提取液濃縮,用乙醇沉淀雜質,回收乙醇后干燥得到紅景天提取物。然后加入少量水,濕法上柱,依次用水和10%、15%、20%、30%的乙醇洗脫;洗脫速度10 ml/min,并分段收集洗脫液。由于在20%醇洗脫液處可得到大部分紅景天苷粗品,因此將該濃度乙醇洗脫減壓濃縮,真空干燥得到紅景天苷粗品(SRS)9.87 g,備用。

1.1.3 試驗動物 健康雄性4周齡昆明種小鼠(湖南中醫藥大學動物飼養中心提供),體重18～20 g。以國家標準嚙齒類動物飼料飼養,小鼠自由飲水,保持每天換飲水和加足飼料,室溫為(23±5)℃,相對濕度為40%～70%,照明隨同自然變化。實驗過程中對動物的處置符合中華人民共和國科學技術部2006年頒布的《關于善待實驗動物的指導性意見》規定。

1.2 方法

小鼠適應性飼養1周后進行實驗,隨機取40只分為 4組(n=10):紅景天苷運動組(SRS sport group,SS),紅景天苷安靜組(SRS quiet group,SQ),運動對照組(Sport control group,SC),安靜對照組(Quiet control group,QC)。紅景天苷運動組和安靜組兩組以 150 mg/(kg·d)(相當于0.02 ml/(g·d))的紅景天苷灌胃給藥,運動和安靜對照組兩組以同樣體積蒸餾水灌胃,連續給藥2周。2周后,末次灌胃30 min后,紅景天苷安靜組和安靜對照組不進行任何運動;而紅景天苷運動組和運動對照組進行無負重游泳120 min。

1.3 樣品制備與測試方法

實驗方案結束后,采用100 g/L水合氯醛600 mg/kg麻醉小鼠,摘眼球取血,其中運動組(SS,SC)將小鼠撈出擦干后摘眼球取血,取材。將血液置于抗凝管中,離心取血漿待測;迅速取小鼠肝、股四頭肌,液氮凍存,待測。

血糖含量的測定,采用葡萄糖氧化酶法;肝、肌糖原的測定,采用蒽酮法;SOD的測定,采用黃嘌呤氧化酶法;MDA的測定,采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法;GSH-PX的測定,采用DTNB法;游離脂肪酸的測定,采用改良比色法;TG的測定,采用酶比色法(GPO-PAP法);TC的測定,采用酶比色法(CHODPAP法)。

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 紅景天苷對小鼠肝臟SOD、GSH-Px、MDA水平的影響

在安靜狀態下,小鼠灌胃紅景天苷后,肝臟SOD和GSH-Px的水平都得到提高,而MDA的水平得到下降;其中與安靜對照組相比,SOD的水平顯著提高(P＜0.05),而GSH-Px水平的變化不明顯(P＞0.05),MDA的水平顯著下降(P＜0.05)。對照組小鼠120 min無負重游泳后,與安靜對照組相比,肝臟SOD和GSH-Px的水平顯著下降(P＜0.05),而MDA的水平顯著提高(P＜0.05)。小鼠灌胃紅景天苷后進行120 min無負重游泳,與運動對照組相比,肝臟SOD和GSH-Px的水平顯著提高(P＜0.05),而MDA的水平顯著下降(P＜0.05,表1)。

Tab.1 Effects of SRS on liver superoxide dismutase,glutathione peroxidase and malondialdehyde levelinmice(±s,n=10)

Tab.1 Effects of SRS on liver superoxide dismutase,glutathione peroxidase and malondialdehyde levelinmice(±s,n=10)

SOD:Superoxide dismutase;GSH-Px:Glutathione peroxidase;MDA:Malondialdehyde;QC:Quiet control group;SQ:SR S quiet group;SC:Sport control group;SS:SRS sport group*P＜0.05 vs QC group;#P＜0.05 vs SC group

Group SOD(U/mg pro)GSH-Px(U/mg pro)MDA(nmol/mg pro)QC 746.58±41.31 76.47±13.24 1.41±0.38 SQ 816.41±34.27*81.26±10.46 1.23±0.27*SC 652.86±31.82*65.79±12.93* 1.69±0.34*SS 706.53±23.45*#70.42±11.58*#1.48±0.19*#

2.2 紅景天苷對小鼠血糖和肝、肌糖原水平的影響

在安靜狀態下,與安靜對照組相比,小鼠灌胃紅景天苷后肝、肌糖原的水平都得到顯著提高(P＜0.05),而血糖的水平基本無變化(P＞0.05)。對照組小鼠120 min無負重游泳后,血糖和肝、肌糖原水平與安靜對照組相比顯著下降(P＜0.05)。小鼠灌胃紅景天苷后進行無負重游泳,血糖和肝、肌糖原的水平與運動對照組相比顯著提高(P＜0.05,表2)。

Tab.2 SRS effects on blood lipids,liver glycogen and muscle glycogen level in mice(±s,n=10)

Tab.2 SRS effects on blood lipids,liver glycogen and muscle glycogen level in mice(±s,n=10)

QC:Quiet control group;SQ:SRS quiet group;SC:Sport control group;SS:SRS sport group*P＜0.05 vs QC group;#P＜0.05 vs SC group

Group Blood sugar(mmol/L)Liver glycogen(mg/g)Muscle glycogen(mg/g)QC 5.26±0.23 7.23±0.37 3.21±0.15 SQ 5.19±0.17 11.93±0.16* 4.43±0.24*SC 3.52±0.13* 4.26±0.28* 1.31±0.18*SS 4.88±0.21# 6.01±0.31*# 2.46±0.27*#

2.3 紅景天苷對小鼠血漿TC、TG、FFA水平的影響

在安靜狀態下,與安靜對照組相比,小鼠灌胃紅景天苷后血漿TC、FFA的水平基本無明顯變化(P＞0.05),而TG的水平明顯下降(P＜0.05)。對照組小鼠120 min無負重游泳后,與安靜對照組相比,血漿TC、TG顯著下降(P＜0.05),而FFA的水平明顯升高(P＜0.05)。小鼠灌胃紅景天苷后進行無負重游泳,血漿TC、TG、FFA的水平與運動對照組相比均顯著降低(P＜0.05,表3)。

Tab.3 SR S effects on blood triglyceride,total cholesterol and free fatty acid level in mice(±s,n=10)

Tab.3 SR S effects on blood triglyceride,total cholesterol and free fatty acid level in mice(±s,n=10)

TC:Total cholesterol;TG:Blood triglyceride;FFA:Free fatty acid;QC:Quiet control group;SQ:SRS quiet group;SC:Sport control group;SS:SR S sport group*P＜0.05 vs QC group;#P＜0.05 vs SC group

Group TC(mmol/L)TG(mmol/L)FFA(μ mol/l)QC 2.51±0.12 1.57±0.15 1256.21 SQ 2.63±0.19 1.42±0.19* 1146.67 SC 2.27±0.13* 1.37±0.06* 1894.25*SS 2.11±0.08*# 1.28±0.25* 1094.38*#

3 討論

正常生理狀態下,自由基的生成與清除過程保持動態平衡。長時間劇烈運動時,機體清除氧自由基的能力不足以平衡運動應激情況下產生的氧自由基,造成抗氧化與氧化失去平衡,使機體細胞處于氧化應激狀態。運動時氧自由基的生成增加與運動能力的降低存在著線性關系,主要表現在氧自由基使體內各種器官生物膜中產生了脂質過氧化作用[4]。MDA是由自由基攻擊生物膜中的多不飽和脂肪酸而形成的脂質過氧化物,是衡量機體自由基損傷程度及體內自由基代謝的敏感指標,測試MDA含量可反映機體受損程度及體內自由基代謝的情況。GSH-Px和SOD都是機體消除自由基的關鍵酶,SOD將毒性極大的超氧陰離子(O2-)轉化為O2和H2O2,而H2O2與O2-在鐵鰲合物作用下又能反應生成活性很強的·OH,GSH-Px可進一步催化GSH對H2O2的還原反應,將H2O2氧化為H2O,防止產生毒性很強的·OH。肝臟是機體物質代謝旺盛的重要器官,其中的自由基代謝及抗氧化酶變化較為明顯。運動能力與肝臟的生理機能密切相關。大強度劇烈運動會導致肝臟產生異常的代謝變化和不同程度的代謝紊亂,同時使肝細胞的一些結構和功能發生變化。本研究結果顯示,120 min游泳后肝臟抗氧化酶SOD,GSH-Px活性顯著降低,而MDA含量顯著升高,表明劇烈運動時,肝組織抗氧化系統受到破壞,氧自由基不能被及時清除,攻擊細胞膜形成的MDA,脂質過氧化程度加強,肝功能有所下降,這是與以往研究結果一致的[5-7];而紅景天苷可提高肝臟內SOD和GSH-Px等抗氧化酶活性,降低MDA含量。這表明紅景天苷可能是通過提高機體的抗氧化酶的活性來起到抗氧化作用的。

糖是機體無氧運動時的主要能源物質,是三大供能物質中唯一在無氧運動條件下可以代謝合成ATP的細胞燃料。糖氧化具有耗氧量低、輸出功率大等優點,是人體大強度運動時所需能量的主要來源[4],同樣,在長時間小強度運動時,人體也是首先利用糖氧化供給能量,當可利用的糖耗竭時,才動用脂肪和蛋白質供能。在長時間大強度運動中,運動前糖原的儲量直接影響耐力訓練和比賽的運動能力。對一些以糖酵解供能為主的運動項目,賽前足夠的肌糖原儲備也是必要的,因為肌糖原儲量過低抑制乳酸生成和降低無氧代謝能力。肝糖原對運動能力的重要性反映在耐力運動中。運動時肝糖原分解加快,肝臟釋放葡萄糖入血,以維持血糖平衡。機體在消耗肌糖原的同時從血液中攝取血糖,血糖可由肝糖原分解加以補充以維持平衡,一旦肌糖原與肝糖原大量被消耗,血糖下降,則可導致中樞神經系統供能不足,從而導致運動性疲勞的發生,造成體能下降[8];此外,糖原的儲量耗竭時還可引起草酰乙酸生成量的不足,使脂肪酸氧化生成的乙酰CoA不能與草酰乙酸縮合成檸檬酸進入TCA循環氧化,限制脂肪酸在線粒體內氧化供能。因此,人體內脂肪的貯存量雖然很多,但仍然需要保證充足的糖原儲備。通過訓練和營養生化措施提高組織糖原儲量水平進而增強運動能力是國內外運動醫學研究的一個重要領域。本研究結果顯示,紅景天苷可明顯提高安靜狀態下小鼠肝、肌糖元含量,延緩長時間運動導致的小鼠肝、肌糖原的降低以及防止長時間運動后血糖的降低。這表明紅景天苷具有增加肝、肌糖原儲備,減少糖損耗,保持血糖濃度穩定的作用。其原因可能是紅景天苷促進了脂肪向糖的轉化,也可能是紅景天苷保護了肝、肌細胞膜的完整性,使其功能正常發揮,從而保證中樞神經系統、運動肌及紅細胞等組織的能量供給,延緩疲勞的發生,從而提高運動能力,這可能是其抗疲勞的機制之一。

增強運動中脂肪氧化代謝的能力,一方面可節約肌糖原的耗損,有利于提高肌肉的運動能力和耐力;另一方面可抑制血漿中游離脂肪酸濃度過高,延緩疲勞的發生。長時間耐力運動可引起糖原儲備的耗竭,脂肪動員加快,使釋放到血漿中的游離脂肪酸(FFA)增加。若血漿游離脂肪酸的生成率超出機體脂肪氧化利用率,即可引起血漿FFA顯著增高。當血漿FFA尤其是不飽和脂肪酸濃度過高時,可以對肌細胞膜的Na+-ATP酶及肌質網的Ca2+-ATP酶的機能產生抑制,兩種酶水解ATP酶的能力減弱,影響肌細胞膜動作電位的形成以及肌質網對Ca2+的攝取,使肌肉收縮過程和放松過程都受到影響,這是形成機體運動性疲勞的重要原因[9]。此外,由于血漿中游離脂肪酸可與色氨酸競爭性地與白蛋白相結合,從而使血漿中游離色氨酸濃度增加;而色氨酸是5-羥色胺的前體物質,5-羥色胺濃度升高也可使機體中樞神經系統疲勞[10]。本研究結果顯示,在安靜狀態下,小鼠灌胃紅景天苷后,血漿TC、FFA的水平與安靜對照組相比基本無明顯變化,而TG的水平明顯下降,表明紅景天苷可以影響正常小鼠的脂肪代謝,降低小鼠血脂;紅景天苷的這種作用可能是與增強機體對脂肪的氧化利用有關。小鼠長時間運動后,血漿中的TC、TG與安靜對照組相比顯著下降,而FFA的水平明顯升高;血漿TG降低與運動消耗甘油三酯、內源性合成甘油三酯減少及脂蛋白脂酶活性提高促進了甘油三酯的清除等因素有關[6];而FFA的水平明顯升高是由于血漿游離脂肪酸的生成率超出機體脂肪氧化利用率。長時間運動后,小鼠灌胃紅景天苷后血漿TC與FFA濃度均低于運動對照組,TG也有降低趨勢;表明紅景天苷具有很強的脂肪清除利用能力,對血漿FFA的影響可能在于增加肌肉內線粒體的數量和提高線粒體氧化利用脂肪酸的能力,從而加快血漿中FFA的清除。因此,紅景天苷具有影響不同狀態下的脂肪代謝,促進脂肪利用的作用,這同樣可能是其抗疲勞的機制之一。

[1]楊曉艷,蘆啟琴,張曉峰.HPLC法測定不同溶劑對紅景天中紅景天苷提取率的影響[J].分析試驗室,2006,27(5):295-0297.

[2]孫曉軍,趙 慧,林 杰.紅景天的藥理與制劑研究綜述[J].中國藥師,2005,8(25):415-416.

[3]趙武奇,殷涌光,梁 歧,等.微波輔助提取紅景天苷[J].食品與發酵工業,2004,30(2):19-21.

[4]萬炳軍,李艷茹.旱蓮草提取物抗疲勞作用研究[J].安徽體育科技,2007,28(1):51-54.

[5]楊小英,張 鈞,劉華鋼,等.牛磺酸復合液對大鼠抗運動疲勞能力的研究[J].體育科技,2007,28(1):43-44.

[6]白曉旭.牛蒡子對大鼠力竭運動能力的影響[J].體育學刊,2006,13(4):53-55.

[7]熊正英,張全江.補充褪黑激素對耐力訓練小鼠一次性力竭運動后肝臟、骨骼肌與腎臟抗氧化酶的影響[J].中國運動醫學雜志,2005,24(2):210-213.

[8]趙文雙,額爾敦,馬譽友,等.綠健運動飲料對運動員某些生理指標的影響[J].華北國防醫藥,2007,19(1):43-45.

[9]Clausen T.Na+-K+pump regulation and skeletal muscle contractility[J].Physiol Rev,2003,83(4):1269-1324.

[10]徐傳香,劉洪濤,王 靜.運動性疲勞對大鼠脊髓前角5-羥色胺和色胺酸羥化酶表達的影響[J].中國運動醫學雜志,2008,27(5):560-562.