大麥蟲蛋白質對運動小鼠肌肉、血液指標和運動耐力的影響

史 亮,楊 偉,楊春平,楊 樺,王南溪,易 銳

(四川農業大學,林學院,森林保護省級重點實驗室,四川雅安 625014)

大麥蟲蛋白質對運動小鼠肌肉、血液指標和運動耐力的影響

史 亮,楊 偉*,楊春平,楊 樺,王南溪,易 銳

(四川農業大學,林學院,森林保護省級重點實驗室,四川雅安 625014)

本研究采用大麥蟲蛋白質作為補充蛋白源,對運動后的小鼠進行定量蛋白質補充;連續處理30d后測定相關指標。結果表明:大麥蟲蛋白質作為補充蛋白時,高劑量組小鼠體重增長率最高;實驗小鼠腿肌粗蛋白含量隨補充劑量增加而升高,高劑量組顯著高于空白對照;血液指標中血紅蛋白(HGB)、血清蛋白(ALB)、血清總蛋白(TP)、血清尿素氮(BUN)均隨補充劑量增加而升高;中劑量組和高劑量組爬桿時間增加顯著;而力竭游泳時間各劑量組均顯著高于空白對照。說明小鼠運動后適當補充大麥蟲的蛋白質可以促進機體合成相應的功能性蛋白,并提高機體運動耐力。

大麥蟲蛋白質,KM小鼠,肌肉指標,血液指標,運動耐力

大麥蟲(Zophobasmorio),屬昆蟲綱(Insecta),鞘翅目(Coleoptera),擬步甲科(Tenebrionidae),主要分布于中美洲、南美洲、西印度群島以及拉丁美洲等地區[1-2];馴化后成為大規模人工飼養的資源昆蟲之一。Mark Finke等[3]在研究以昆蟲和節肢動物作為受傷動物康復者的保健食品時,測定了部分大麥蟲幼蟲營養成分,其中水分含量為57.9%,粗蛋白含量為19.1%,粗脂肪含量為17.6%,其外還有多種微量元素;與家蠅(Muscadomestica)、黃粉蟲幼蟲(Tenebriomolitor)、蟋蟀(Achetadomesticus)、蠶蛹(Bombyxmori)等比較,大麥蟲的蛋白質含量最高。目前對大麥蟲的開發利用主要是幼蟲活體作為龍魚的飼料[4]。此外,也有將大麥蟲蛋白粉替代魚粉等運用于南美白對蝦幼體開口餌料和黑豚飼料中[5-6],或將大麥蟲蛋白質提取分離后做抗氧化物質的研究[7],但將大麥蟲蛋白質作為功能性補充蛋白進行的研究卻鮮見報道。

蛋白質是機體必不可少的營養元素之一,具有極其重要的生物學功能,它參與機體構成和各種生命活動[8],是生命活動中最重要的物質基礎。機體的活動,如肌肉的收縮、血液中氧的運輸等,都離不開蛋白質[9]。有大量文獻表明,補充蛋白質能夠保證運動過程中身體對蛋白質的需求,提供肌肉構建材料,促進肌肉纖維損傷的修復[10-11],從而促使肌肉生長,同時加快營養代謝,促使ATP-CP代謝旺盛[12-13],相關血液指標也有明顯變化[8,14-16]。

本文將大麥蟲蛋白質作為補充蛋白,對運動后的小鼠進行定量補充,以觀察大麥蟲蛋白質對運動小鼠肌肉、血液指標和運動耐力的影響,從而為大麥蟲蛋白質作為補充蛋白的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

大麥蟲 四川農業大學林學院森林保護實驗室提供。大麥蟲蛋白粉制樣前將大麥蟲老熟幼蟲饑餓24h,樣品洗凈后置于70±1℃烘箱中干燥12h,取出冷卻后研磨成粉末,采用索氏提取法去除脂肪后,制成大麥蟲蛋白粉;采用凱氏定氮法測定大麥蟲蛋白粉粗蛋白含量為82.167%。

清潔級雄性KM小鼠80只 體重18～22g,由四川農業大學教學實習農場實驗動物中心提供;小鼠分為2批,每批40只,第1批供測定相關血液指標、腿肌粗蛋白含量,第2批進行爬桿實驗和力竭游泳測試。

JA2003A電子天平 上海精天電子儀器有限公司;DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;SXT-06索氏提取器 上海華睿儀器有限公司;W501恒溫水浴鍋 上海申勝生物技術有限公司;UDK142凱氏定氮儀 意大利VELP公司;JRJ-300-I剪切乳化攪拌機 上海標本模型廠;游泳箱50cm×50cm×40cm 定做;Abacus junior vet5全自動血常規分析儀 奧地利Diatron公司;AUTOLAB PM4000全自動血生化分析儀 意大利羅馬AMS公司;富華800電動離心機 金壇市富華儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 劑量分組 根據運動員蛋白質參考攝入量為1.2～2.0g·kg-1bw·d,平均參考攝入量為1.6g·kg-1bw·d;本實驗設置低、中、高3個劑量組,即1.67、3.33、6.66g·kg-1bw·d,相當于人體推薦劑量的1、2、4倍,同時設置一個空白對照組(灌胃等量的蒸餾水);每批分為4組,每組各10只雄性小鼠。各組小鼠分籠飼養,自由取食飲水。

1.2.2 小鼠游泳訓練 小鼠每日在游泳箱(直徑90cm,高45cm)中(水深30cm,水溫(25±1)℃)下進行無負重強制游泳訓練,每天訓練30min。如果小鼠漂浮在水面,四肢不動,可以用小木棒在小鼠的周圍輕輕攪動,強迫其繼續游動;若出現溺水現象,立刻將小鼠撈出,休息5min后繼續訓練,累計達到30min后停止;游泳訓練結束后,把每只小鼠身上的水擦干后放回飼養籠中;游泳訓練共計30d。

1.2.3 小鼠灌胃 按照測定的粗制大麥蟲蛋白粉的蛋白質含量用蒸餾水分別配制上述劑量濃度的營養液,在剪切乳化攪拌機中勻漿,得到均勻的大麥蟲蛋白質營養液。每日游泳訓練結束后,對小鼠進行營養液灌胃,以相同劑量的蒸餾水作為對照組;灌胃次數共計30次。

1.2.4 小鼠血液、肌肉指標的測定 第1批小鼠游泳訓練和灌胃結束后,小鼠自由采食和飲水。次日取血測定前,先將小鼠饑餓12h,并稱重、摘除眼球取血;取后腿肌肉組織,檢測血紅蛋白(HGB)、血清白蛋白(ALB)、血清總蛋白(TP)、血清尿素氮(BUN)、腿肌粗蛋白含量。相關血液檢測利用全自動血常規分析儀和全自動血生化分析儀進行分析,腿肌粗蛋白含量利用凱氏定氮法檢測。

1.2.5 小鼠爬桿實驗和力竭游泳實驗 第2批小鼠游泳訓練和灌胃結束后,小鼠自由采食和飲水,次日進行爬桿實驗和力竭游泳測試。

爬竿實驗步驟:用長25cm,直徑1cm的有機玻璃棒,經打磨后,固定于板上制成爬桿架,玻璃棒下端距地面30cm,下方放置2cm后的木屑防止小鼠摔傷,將小鼠放在有機玻璃棒上端,使其肌肉處于靜力緊張狀態,開始計時,記錄小鼠由于肌肉疲勞而從有機玻璃棒上跌落到木屑中的時間,當小鼠第3次跌落至木屑中時終止實驗,累計3次的時間作為小鼠的爬桿時間。

力竭游泳實驗步驟:將爬桿實驗后休息12h的小鼠尾根部負荷5%體重的鉛皮,放入游泳箱中(水深30cm,水溫(25±1)℃),開始計時,記錄小鼠開始游泳至力竭時間,作為小鼠負重游泳時間,力竭判斷的標準為:小鼠沉入水中過10s且放在平面上無法完成翻正反射[17]。在實驗過程中,如果有小鼠漂浮在水面,四肢不動,可以用小木棒在小鼠的周圍輕輕攪動。

1.3 數據統計

所有實驗數據采用SPSS17.0軟件進行統計分析。利用Duncan’s新復極差法分析法比較不同蛋白質劑量下小鼠肌肉、血液指標和運動耐力差異;實驗前、后,大麥蟲蛋白質對小鼠體重的比較采用配對T-檢驗。

2 結果與分析

2.1 大麥蟲蛋白質對運動小鼠體重、體重增長率的影響

大麥蟲蛋白質對運動小鼠體重的影響見表1。在各個劑量組中,實驗后小鼠體重明顯重于實驗前(p<0.05)。補充大麥蟲蛋白質的各組間體重增長率隨大麥蟲蛋白質補充劑量增加而增加,其中高劑量組體重增長率最高,達到73.53%,顯著高于低劑量組(p<0.05)。

表2 大麥蟲蛋白質對運動小鼠腿肌粗蛋白含量的影響(Mean±SD,n=10)

注:表中數據位平均值±標準差,同行數據后具不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),表4、表5同。

表3 大麥蟲蛋白質對運動小鼠相關血液指標的影響(Mean±SD,n=10)

注:表中數據位平均值±標準差,同列數據后具不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

表4 大麥蟲蛋白質對運動小鼠爬桿時間的影響(Mean±SD,n=10)

表5 大麥蟲蛋白質對運動小鼠力竭游泳時間的影響(Mean±SD,n=10)

2.2 大麥蟲蛋白質對運動小鼠腿肌粗蛋白含量的影響

大麥蟲蛋白質對運動小鼠腿肌粗蛋白含量的影響見表2。小鼠腿肌粗蛋白含量隨補充大麥蟲蛋白質的劑量增加而增加。高劑量組小鼠腿肌粗蛋白含量最高,達到22.880%,顯著高于空白對照(p<0.05)。低劑量組、中劑量組與空白對照之間差異不顯著(p>0.05)。

表1 大麥蟲蛋白質對運動小鼠體重的影響(Mean±SD,n=10)

注:表中數據為平均值±標準差,同列數據后具不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05,Duncan’s比較);*p<0.05表示實驗前和實驗后體重經t-檢驗差異顯著。

2.3 大麥蟲蛋白質對運動小鼠相關血液指標的影響

大麥蟲蛋白質對運動小鼠相關血液指標的影響見表3。隨著大麥蟲蛋白質補充劑量的增加,小鼠HGB、ALB、TP和BUN含量逐漸增加。其中高劑量組的HGB含量(178.500g/L)、ALB含量(29.001g/L)、TP含量(65.900g/L)和BUN含量(7.046mmol/L)都顯著高于空白對照(p<0.05)。而低劑量組的4種血液指標均與空白對照無顯著性差異(p>0.05)。

2.4 大麥蟲蛋白質對運動小鼠運動耐力的影響

大麥蟲蛋白質對運動小鼠爬桿時間的影響見表4。小鼠爬桿時間隨著大麥蟲蛋白質補充劑量的增加而逐漸增加,其中高劑量組(431.92s)、中劑量組(275.62s)均顯著高于空白對照(p<0.05),而低劑量組與空白對照無顯著性差異(p>0.05)。

大麥蟲蛋白質對運動小鼠力竭游泳時間的影響見表5,在補充了不同劑量的大麥蟲蛋白質后,小鼠力竭游泳時間變化明顯。其中高劑量組為(755.15s),顯著高于其他劑量(p<0.05),而3個劑量組均顯著高于空白對照(p<0.05)。

3 討論

機體運動后能量大量消耗,蛋白質的分解代謝也隨之加快;而蛋白質的更新取決于物質代謝的強度,在進行體育運動或訓練時,機體代謝明顯增加,蛋白質的需要量也明顯增加,則需要適當補充蛋白質,以滿足機體的需要[18]。實驗小鼠在運動后補充不同劑量的大麥蟲蛋白質,實驗小鼠體重與補充劑量相關性較弱,但補充大麥蟲蛋白質各組實驗小鼠體重增長率隨補充劑量增加而增加。這表明在長期定量游泳運動條件下對小鼠補充大麥蟲蛋白質,其對于體重沒有明顯改變作用;但補充一定量的大麥蟲蛋白質能增加小鼠體重增長率。

游泳是一項全身肌肉參與較多的耐力型運動,因此游泳對于肌肉蛋白也有一定程度的影響。運動時,骨骼肌蛋白的分解代謝增強,會導致骨骼肌蛋白含量下降;但運動后及時補充蛋白質,可以為骨骼肌的修復提供充足的底物[16]。實驗小鼠在補充大麥蟲蛋白質后,與對照組相比,隨著補充大麥蟲蛋白質劑量的增加,腿肌粗蛋白含量有逐漸升高的趨勢,但僅高劑量組與對照組存在顯著差異。段衛杰[19]認為:不同運動方式之間對蛋白質的利用也不盡相同,力量型運動中,蛋白質營養供給肌肉的增長和力量的增長,耐力型運動中,蛋白質營養供給大量機體耗能。相比于耐力型運動,進行力量型運動鍛煉后補充蛋白質,可以更明顯的觀測到骨骼肌的變化水平。因此本實驗中,實驗小鼠在進行游泳訓練后補充大麥蟲蛋白質,低劑量組和中劑量組較空白對照腿肌粗蛋白含量上升不顯著,僅高劑量組較空白對照顯著上升。

HGB是高等生物體內負責運載氧的一種蛋白質;ALB具有結合和運輸內源性與外源性物質,維持血液膠體滲透壓,清除自由基,抑制血小板聚集和抗凝血等生理功能;二者在生命過程中都有著重要的意義,在一定程度上對于機體運動能力和運動后恢復能力有著重要作用。TP是各種蛋白的復雜混合物。實驗小鼠HGB、ALB和TP都隨著補充大麥蟲蛋白質劑量的增加而上升,且部分組與對照組對比存在顯著差異;這都說明運動后補充的大麥蟲蛋白質在一定程度上為HGB、ALB和TP的合成提供了豐富的原料,促使HGB、ALB和TP的升高,有助于提高小鼠的運動耐力和運動后恢復能力。BUN是蛋白質代謝的主要終末產物,因此,BUN的增高可以在一定程度上表示機體蛋白質分解代謝加強。本實驗中,中、高劑量組BUN與空白對照比較顯著上升,說明在補充一定量的大麥蟲蛋白質后,機體的蛋白質分解顯著加強。

運動耐力的提高是抗疲勞能力加強的最直接表現[20],爬桿實驗可以測試小鼠的靜態耐力,游泳實驗既可反映小鼠的運動能力,又能反映其抗疲勞能力或耐力[21]。隨著大麥蟲蛋白質補充劑量的增加,實驗小鼠爬桿時間和力竭游泳時間均增加,且爬桿實驗中,中劑量組和高劑量對比空白對照增加顯著;力竭游泳實驗中,補充大麥蟲蛋白質的實驗小鼠游泳時間與空白對照比較均顯著增加。結果表明補充一定劑量的大麥蟲蛋白質能提高小鼠的耐力水平,證明了在補充大麥蟲蛋白質后,實驗小鼠血液中HGB、ALB和TP的升高,有助于提高小鼠的運動耐力。

4 結論

本文將大麥蟲蛋白質作為補充蛋白,對每天游泳運動后的小鼠進行定量補充,結果顯示:將大麥蟲蛋白質作為補充蛋白,可以增加游泳訓練小鼠的體重增長率,其中高劑量組體重增長率達到73.53%,顯著高于低劑量組;表明大麥蟲蛋白質可以供給機體的物質合成。

游泳訓練小鼠腿肌粗蛋白含量隨補充大麥蟲蛋白質的劑量增加而增加,高劑量組的腿肌粗蛋白含量達22.88%,顯著高于空白對照;表明大麥蟲蛋白質為骨骼肌的修復提供了充足的底物。

游泳訓練小鼠HGB、ALB、TP含量都隨補充大麥蟲蛋白質的劑量增加而增加,且高劑量組HGB含量達178.500g/L,ALB含量達29.001g/L,TP含量達65.900g/L,均顯著高于空白對照;表明運動后,適當補充大麥蟲的蛋白質為HGB、ALB、TP合成提供了原料,促進了運動小鼠機體合成相應的功能性蛋白。

游泳訓練小鼠BUN含量隨補充大麥蟲蛋白質的劑量增加而增加,且中劑量組達6.907mmol/L,高劑量組達7.046mmol/L,顯著高于空白對照;表明適當補充大麥蟲蛋白質后,機體的蛋白質分解代謝顯著加強。

游泳訓練小鼠爬桿時間隨著大麥蟲蛋白質補充劑量的增加而增加,中劑量組達275.62s,高劑量組431.92s,均顯著高于空白對照;在力竭游泳實驗中,3個劑量組的小鼠力竭游泳時間均顯著高于空白對照,且高劑量組達755.15s,顯著高于其他劑量組;表明補充一定劑量的大麥蟲蛋白質能提高游泳訓練小鼠的抗疲勞能力和運動耐力。

綜上所述,大麥蟲蛋白質作為運動機體的補充蛋白,可以為運動機體提供物質合成和修復底物,并促進合成相應的功能性蛋白,使機體蛋白質分解代謝加強,并提高機體抗疲勞能力和運動耐力。

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Effect ofZophobasmorioprotein on muscle,blood indexes and exercise tolerance in sports training mice

SHI Liang,YANG Wei*,YANG Chun-ping,YANG Hua,WANG Nan-xi,YI Rui

(Forestry College of Sichuan Agricultural University,Provincial Key Laboratory of Forest Protection,Ya’an 625014,China)

In this research,Zophobasmoriowas used as source of supplementary protein to mice after excersise. The administration was carried out every day on quantitatively lavaged subjects over a total period of 30d,then related indexes were determined. The result indicated that the use ofZ.morioprotein,as a protein supplement,the highest body weight growth rate came from the group in which the highest dose were used. The crude protein content in the leg muscle of mice increased as the increase of supplement dose;compared with the control group,a significant increase was showed in the high dose group. Levels of hemoglobin(HGB),serum albumin(ALB),serum total protein(TP)and serum urea nitrogen(BUN)in blood were also raised as the increase of supplement dose. The pole-climbing time was significantly increased in both high and medium dose groups. The exhaustive swimming time of each protein used group was longer than control group significantly. In all,supply ofZ.morioprotein to mice after exercise was good for the form of the corresponding functional protein,and endurance was increased at the same time.

Zophobasmorioprotein;KM mice;muscle indexes;blood indexes;exercise tolerance

2014-06-30

史亮(1989-),男,碩士研究生,研究方向:資源昆蟲開發與利用。

*通訊作者:楊偉(1964-),男,博士，教授,研究方向:森林保護學。

四川農業大學“211”工程雙支計劃項目(00370101)。

TS201.4

A

1002-0306(2015)07-0359-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.067