红景天苷对运动后自由基和能量代谢改变的影响*

黎明华,汤长发△,欧阳江琼

(1.湖南师范大学体育学院,长沙 410012;2.中南大学体育部,湖南长沙 410012)

红景天(Rhodiola Sachalinensis A.Bor.)别名高山红景天,是近年来开发的一种很有前途的药用植物,为景天科(Crassulaceae)红景天属(Rhodida)多年生草本。红景天素有“高原人参”的美称,传统医学认为其性味甘、涩、寒。用于活血止血,清肺止咳,可治疗肺炎咳嗽、咯血咳血、妇女白带,外用治跌打损伤、烫火烧伤[1]。现代药理分析表明,红景天的主要有效成分是红景天苷,它具有抗缺氧、抗疲劳、抗辐射、抗癌、延缓衰老、调节机体免疫等作用[2];还具有对神经系统、内分泌系统的调节作用和防止心血管以及多种老年性疾病的作用,有研究表明它与运动员的运动能力和运动成绩的提高也有密切的关联[3]。因此,红景天苷在运动医学和保健医学等方面都具有十分重要的意义。运动性疲劳是指机体不能将它的机能保持在某一特定水平,或不能维持某一预定的运动强度。研究表明,运动尤其是大强度运动引起体内自由基大量产生,这些自由基进而攻击细胞膜上的不饱和脂肪酸,引起脂质过氧化反应,破坏了膜的完整性、流动性及通透性,导致运动能力下降,诱发运动性疲劳。随着现代竞技运动水平的提高,运动强度越来越大,运动性疲劳及恢复也越来越受到人们的重视,对这方面的研究目前已成为运动生理学、运动营养学及运动医学领域的热门课题之一。近年来,许多研究人员在预防和延缓由于自由基引发的运动性疲劳方面作了大量的深入研究,从天然物质中寻找、筛选高效无毒的自由基清除剂来配合运动训练以提高机体运动能力水平,并取得一些成果,如枸杞多糖、人参皂苷等等,但目前对红景天苷在这方面的应用研究较少。本实验通过研究红景天苷在运动过程中对自由基和能量代谢相关指标的作用,从抗氧化系统、能量代谢系统等方面探讨红景天苷抗运动性疲劳的机制,为把红景天苷应用于体育实践提供理论指导和实验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 仪器与试剂 血糖仪(日本京都公司);全自动生化仪(日本Olympus公司);MK3型酶标仪(美国Thermo公司);台式高速低温离心机(德国Heraeus公司);WP7微波炉(顺德市格兰仕电器实业有限公司);RE52CS旋转蒸发仪(上海荣生仪器厂);SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)。红景天干粉(购于本地药店,经本地药检所鉴定为高山红景天Rhodiola SachalinensisA.Bor.的干燥根);超氧化物歧化酶(SOD)检测试剂盒,丙二醛(MDA)检测试剂盒,谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)检测试剂盒,肝、肌糖原检测试剂盒,总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、游离脂肪酸(FFA)测试剂盒(购于南京建成生物工程研究所)。

1.1.2 制备红景天苷 取1 000 g红景天干粉,加水浸泡20min(料液比1∶100),然后微波辐射提取20 min;将提取液浓缩,用乙醇沉淀杂质,回收乙醇后干燥得到红景天提取物。然后加入少量水,湿法上柱,依次用水和10%、15%、20%、30%的乙醇洗脱;洗脱速度10 ml/min,并分段收集洗脱液。由于在20%醇洗脱液处可得到大部分红景天苷粗品,因此将该浓度乙醇洗脱减压浓缩,真空干燥得到红景天苷粗品(SRS)9.87 g,备用。

1.1.3 试验动物 健康雄性4周龄昆明种小鼠(湖南中医药大学动物饲养中心提供),体重18～20 g。以国家标准啮齿类动物饲料饲养,小鼠自由饮水,保持每天换饮水和加足饲料,室温为(23±5)℃,相对湿度为40%～70%,照明随同自然变化。实验过程中对动物的处置符合中华人民共和国科学技术部2006年颁布的《关于善待实验动物的指导性意见》规定。

1.2 方法

小鼠适应性饲养1周后进行实验,随机取40只分为 4组(n=10):红景天苷运动组(SRS sport group,SS),红景天苷安静组(SRS quiet group,SQ),运动对照组(Sport control group,SC),安静对照组(Quiet control group,QC)。红景天苷运动组和安静组两组以 150 mg/(kg·d)(相当于0.02 ml/(g·d))的红景天苷灌胃给药,运动和安静对照组两组以同样体积蒸馏水灌胃,连续给药2周。2周后,末次灌胃30 min后,红景天苷安静组和安静对照组不进行任何运动;而红景天苷运动组和运动对照组进行无负重游泳120 min。

1.3 样品制备与测试方法

实验方案结束后,采用100 g/L水合氯醛600 mg/kg麻醉小鼠,摘眼球取血,其中运动组(SS,SC)将小鼠捞出擦干后摘眼球取血,取材。将血液置于抗凝管中,离心取血浆待测;迅速取小鼠肝、股四头肌,液氮冻存,待测。

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

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 红景天苷对小鼠肝脏SOD、GSH-Px、MDA水平的影响

在安静状态下,小鼠灌胃红景天苷后,肝脏SOD和GSH-Px的水平都得到提高,而MDA的水平得到下降;其中与安静对照组相比,SOD的水平显著提高(P＜0.05),而GSH-Px水平的变化不明显(P＞0.05),MDA的水平显著下降(P＜0.05)。对照组小鼠120 min无负重游泳后,与安静对照组相比,肝脏SOD和GSH-Px的水平显著下降(P＜0.05),而MDA的水平显著提高(P＜0.05)。小鼠灌胃红景天苷后进行120 min无负重游泳,与运动对照组相比,肝脏SOD和GSH-Px的水平显著提高(P＜0.05),而MDA的水平显著下降(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 红景天苷对小鼠血糖和肝、肌糖原水平的影响

在安静状态下,与安静对照组相比,小鼠灌胃红景天苷后肝、肌糖原的水平都得到显著提高(P＜0.05),而血糖的水平基本无变化(P＞0.05)。对照组小鼠120 min无负重游泳后,血糖和肝、肌糖原水平与安静对照组相比显著下降(P＜0.05)。小鼠灌胃红景天苷后进行无负重游泳,血糖和肝、肌糖原的水平与运动对照组相比显著提高(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 红景天苷对小鼠血浆TC、TG、FFA水平的影响

在安静状态下,与安静对照组相比,小鼠灌胃红景天苷后血浆TC、FFA的水平基本无明显变化(P＞0.05),而TG的水平明显下降(P＜0.05)。对照组小鼠120 min无负重游泳后,与安静对照组相比,血浆TC、TG显著下降(P＜0.05),而FFA的水平明显升高(P＜0.05)。小鼠灌胃红景天苷后进行无负重游泳,血浆TC、TG、FFA的水平与运动对照组相比均显著降低(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 讨论

正常生理状态下,自由基的生成与清除过程保持动态平衡。长时间剧烈运动时,机体清除氧自由基的能力不足以平衡运动应激情况下产生的氧自由基,造成抗氧化与氧化失去平衡,使机体细胞处于氧化应激状态。运动时氧自由基的生成增加与运动能力的降低存在着线性关系,主要表现在氧自由基使体内各种器官生物膜中产生了脂质过氧化作用[4]。MDA是由自由基攻击生物膜中的多不饱和脂肪酸而形成的脂质过氧化物,是衡量机体自由基损伤程度及体内自由基代谢的敏感指标,测试MDA含量可反映机体受损程度及体内自由基代谢的情况。GSH-Px和SOD都是机体消除自由基的关键酶,SOD将毒性极大的超氧阴离子(O2-)转化为O2和H2O2,而H2O2与O2-在铁鳌合物作用下又能反应生成活性很强的·OH,GSH-Px可进一步催化GSH对H2O2的还原反应,将H2O2氧化为H2O,防止产生毒性很强的·OH。肝脏是机体物质代谢旺盛的重要器官,其中的自由基代谢及抗氧化酶变化较为明显。运动能力与肝脏的生理机能密切相关。大强度剧烈运动会导致肝脏产生异常的代谢变化和不同程度的代谢紊乱,同时使肝细胞的一些结构和功能发生变化。本研究结果显示,120 min游泳后肝脏抗氧化酶SOD,GSH-Px活性显著降低,而MDA含量显著升高,表明剧烈运动时,肝组织抗氧化系统受到破坏,氧自由基不能被及时清除,攻击细胞膜形成的MDA,脂质过氧化程度加强,肝功能有所下降,这是与以往研究结果一致的[5-7];而红景天苷可提高肝脏内SOD和GSH-Px等抗氧化酶活性,降低MDA含量。这表明红景天苷可能是通过提高机体的抗氧化酶的活性来起到抗氧化作用的。

糖是机体无氧运动时的主要能源物质,是三大供能物质中唯一在无氧运动条件下可以代谢合成ATP的细胞燃料。糖氧化具有耗氧量低、输出功率大等优点,是人体大强度运动时所需能量的主要来源[4],同样,在长时间小强度运动时,人体也是首先利用糖氧化供给能量,当可利用的糖耗竭时,才动用脂肪和蛋白质供能。在长时间大强度运动中,运动前糖原的储量直接影响耐力训练和比赛的运动能力。对一些以糖酵解供能为主的运动项目,赛前足够的肌糖原储备也是必要的,因为肌糖原储量过低抑制乳酸生成和降低无氧代谢能力。肝糖原对运动能力的重要性反映在耐力运动中。运动时肝糖原分解加快,肝脏释放葡萄糖入血,以维持血糖平衡。机体在消耗肌糖原的同时从血液中摄取血糖,血糖可由肝糖原分解加以补充以维持平衡,一旦肌糖原与肝糖原大量被消耗,血糖下降,则可导致中枢神经系统供能不足,从而导致运动性疲劳的发生,造成体能下降[8];此外,糖原的储量耗竭时还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不能与草酰乙酸缩合成柠檬酸进入TCA循环氧化,限制脂肪酸在线粒体内氧化供能。因此,人体内脂肪的贮存量虽然很多,但仍然需要保证充足的糖原储备。通过训练和营养生化措施提高组织糖原储量水平进而增强运动能力是国内外运动医学研究的一个重要领域。本研究结果显示,红景天苷可明显提高安静状态下小鼠肝、肌糖元含量,延缓长时间运动导致的小鼠肝、肌糖原的降低以及防止长时间运动后血糖的降低。这表明红景天苷具有增加肝、肌糖原储备,减少糖损耗,保持血糖浓度稳定的作用。其原因可能是红景天苷促进了脂肪向糖的转化,也可能是红景天苷保护了肝、肌细胞膜的完整性,使其功能正常发挥,从而保证中枢神经系统、运动肌及红细胞等组织的能量供给,延缓疲劳的发生,从而提高运动能力,这可能是其抗疲劳的机制之一。

增强运动中脂肪氧化代谢的能力,一方面可节约肌糖原的耗损,有利于提高肌肉的运动能力和耐力;另一方面可抑制血浆中游离脂肪酸浓度过高,延缓疲劳的发生。长时间耐力运动可引起糖原储备的耗竭,脂肪动员加快,使释放到血浆中的游离脂肪酸(FFA)增加。若血浆游离脂肪酸的生成率超出机体脂肪氧化利用率,即可引起血浆FFA显著增高。当血浆FFA尤其是不饱和脂肪酸浓度过高时,可以对肌细胞膜的Na+-ATP酶及肌质网的Ca2+-ATP酶的机能产生抑制,两种酶水解ATP酶的能力减弱,影响肌细胞膜动作电位的形成以及肌质网对Ca2+的摄取,使肌肉收缩过程和放松过程都受到影响,这是形成机体运动性疲劳的重要原因[9]。此外,由于血浆中游离脂肪酸可与色氨酸竞争性地与白蛋白相结合,从而使血浆中游离色氨酸浓度增加;而色氨酸是5-羟色胺的前体物质,5-羟色胺浓度升高也可使机体中枢神经系统疲劳[10]。本研究结果显示,在安静状态下,小鼠灌胃红景天苷后,血浆TC、FFA的水平与安静对照组相比基本无明显变化,而TG的水平明显下降,表明红景天苷可以影响正常小鼠的脂肪代谢,降低小鼠血脂;红景天苷的这种作用可能是与增强机体对脂肪的氧化利用有关。小鼠长时间运动后,血浆中的TC、TG与安静对照组相比显著下降,而FFA的水平明显升高;血浆TG降低与运动消耗甘油三酯、内源性合成甘油三酯减少及脂蛋白脂酶活性提高促进了甘油三酯的清除等因素有关[6];而FFA的水平明显升高是由于血浆游离脂肪酸的生成率超出机体脂肪氧化利用率。长时间运动后,小鼠灌胃红景天苷后血浆TC与FFA浓度均低于运动对照组,TG也有降低趋势;表明红景天苷具有很强的脂肪清除利用能力,对血浆FFA的影响可能在于增加肌肉内线粒体的数量和提高线粒体氧化利用脂肪酸的能力,从而加快血浆中FFA的清除。因此,红景天苷具有影响不同状态下的脂肪代谢,促进脂肪利用的作用,这同样可能是其抗疲劳的机制之一。

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