蝦青素與運動

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，對于化學結構參見圖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，單線態氧等)和抑制體外脂質過氧化，大量研究表明蝦青素具有強大的抗氧化活性，蝦青素對自由基和脂質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部分的獨特結構，其能夠在磷脂膜的表面和內部捕獲自由基。大量研究表明蝦青素是體內和體外系統中抗氧化和氧化應激最有效的抗氧化劑之一。它在預防和治療各種疾病如癌癥、慢性炎性疾病、糖尿病、心血管和神經退行性疾病方面具有潛在的作用，AST也具有免疫調節、抗炎、促進脂肪氧化的作用。體外研究已經證明，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、抑制由于長時間運動導致的DNA和脂質的過氧化作用。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數的氧猝滅活性測得：蝦青素除了其著色性能，還表現出重要的自由基清除，氧猝滅和抗氧化活性。Choi 和Karppi[4]研究發現12周的蝦青素補充劑可以改善安靜狀態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練的男性的脂質過氧化水平。Park[5]等(2010)發現，膳食蝦青素在年輕健康女性中降低了氧化性DNA損傷(8-OHdG)的生物標志物。Baralic[6]等(2013)研究表明，蝦青素補充對對氧磷和對二氧磷素的對氧磷酶活性以及年輕足球運動員的總巰基含量具有有益的作用。并且蝦青素可能對運動員更容易受到的氧化應激發生作用，為酶和非酶內源性抗氧化防御系統提供額外的支持，以減少ROS生產的增加。吳麗君[7](2017)將16名體育學院男生隨機分成實驗組和對照組，實驗組服用中等劑量(12mg/d)的蝦青素28天，之后進行急性大強度運動，測得抗氧化能力值、血乳酸和血尿酸值，結果表明連續4周服用蝦青素可顯著提高人體在安靜狀態下的抗氧化能力、降低血乳酸、血尿酸含量；可改善急性大強度運動后人體抗氧化能力的降低程度和恢復程度，血乳酸及血尿酸的產生程度和清除速度。

圖1 蝦青素化學結構式

1.2 蝦青素的免疫調節作用和抗炎作用

一些研究表明蝦青素的免疫調節作用能夠刺激動物和人類的免疫應答。膳食蝦青素增強了年輕健康女性的細胞介導和體液免疫應答[8]。在補充蝦青素機體內T細胞和B細胞絲裂原誘導的淋巴細胞增殖，自然殺傷細胞(NK)細胞細胞毒活性增強，γ-干擾素(INF-γ)和白細胞介素-6(IL-6)產生和白細胞功能抗原-1表達后免疫標記顯著增強[9]。同時蝦青素增加小鼠的細胞毒性T淋巴細胞活性，并抑制應激誘導的NK細胞活性。Aoi[10]等(2008)發現蝦青素可減弱小鼠骨骼和心臟肌肉的氧化損傷及相關中性粒細胞浸潤。Camera[11]等(2009)發現一些運動員目前正在使用蝦青素作為天然遮陽劑，補充蝦青素可以通過提供真皮層的光保護作用，防止紫外線(UVA)皮膚損傷。

1.3 蝦青素可促進脂肪氧化供能

McGarry和Brown[12](1997)研究發現蝦青素可增強脂肪氧化,并將其歸因于脂肪酰基輔酶A通過肉堿棕櫚醇轉移酶1(CPT1)功能的改善，使脂肪酰基輔酶A進入線粒體的數量增多。CPT1位于線粒體膜上，是脂肪酸代謝的限速酶。Naguib[13](2000)研究發現補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現，4-5周的蝦青素補充劑(6-30mg·kg體重-1)能改善運動期間的脂肪利用，增加小鼠在游泳和跑步機上的力竭時間。Aoi[10](2008)蝦青素能抑制運動期間血漿乳酸升高和肌糖原分解代謝，從而促進蝦青素的脂肪分解作用。

2 蝦青素在運動領域中的不足與展望

在長時間運動訓練期間，能量系統和免疫系統之間關鍵營養素的競爭是一些運動員疾病風險升高的原因，運動員希望通過膳食來源或補充抗氧化劑得以解決。因此，抗氧化劑補充廣泛應用于運動領域。在補充抗氧化劑期間不僅是抗氧化劑的類型，包括補劑的劑量和持續時間對于機體的有效干預，可能是通過改善能量可用性、使運動恢復速度更快、心血管和免疫健康狀況得到改善來體現。在美國大學運動員中調查發現90%的耐力運動員通常使用補充劑。然而，需要進一步的研究來闡明運動訓練和抗氧化劑補充的互動效應。

確定蝦青素劑量是研究者研究的目的。當研究抗氧化劑的生理作用時，劑量應該類似并且接近于通常消耗的量。然而，當研究抗氧化劑的潛在藥理學功能時，注意不僅要集中在干預的劑量上，還應集中在可能的期望結果和介導的途徑上。影響劑量的一個重要因素是補充的抗氧化劑在組織中達到的峰值。例如，維生素C在給藥后數小時內被吸收。考慮到氧化修飾的持續發生，維生素C的補充不僅只一次(例如早晨)，而是每隔幾小時(例如每6小時一次)就可以補充，以便在白天達到高血藥濃度。此外，當調查一種以上抗氧化劑的急性攝入時，它們的施用應在不同的時間點進行，以便在同一時間點顯示其峰值。這意味著在施用單劑抗氧化劑的研究中的取樣點取決于所給予的抗氧化劑類型。此外，給藥途徑(靜脈內或口服)似乎也影響著血漿峰值出現的時間點。目前運動中補充的抗氧化劑在不同訓練狀態的受試者中有不同的運動方案和不同的結果。因此，在任何情況下，對采用的運動類型(例如需氧或厭氧)，受試者特征，使用的氧化應激生物標志物都以研究結果來分別解釋。

已有的研究仍然不能定義蝦青素攝入量及更優的實驗室生物標志物評估指標。長期的運動訓練引起機體生理功能和骨骼肌收縮性能的顯著變化，主要通過補充抗氧化物質(急性地)優化骨骼肌氧化劑濃度，從而使機體在長時間高強度耐力運動期間產生更大的能量。然而，當抗氧化劑(AOX)抑制氧化物生成時，生理性運動可能會被鈍化。因此，應考慮關于急性補充AOX和運動表現的研究。其中優化骨骼肌中氧化劑含量所需的AOX量相對于所進行的運動類型和運動量可能顯示出劑量反應效應以及蝦青素在機體內的代謝途徑。這尚未得到充分調查，應成為未來抗氧化研究的重點。