番茄红素对大学生力竭运动后氧自由基内稳态及血液流变内稳态的影响

陈德权，衣雪洁，黄俊琴

(1.上海体育学院运动科学学院，上海 200438;2.闽南师范大学体育学院，福建漳州 363000;3.沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁沈阳 110102;4.解放军第一七五医院眼科中心，福建漳州 363000)

内稳态是维持生物系统内环境相对稳定的负反馈机制［1］。机体的内稳态失衡会引起机体的运动机能下降。运动过程中的氧自由基内稳态失衡和血液流变内稳态的失衡被认为是运动性疲劳发生的两个重要因素。如何通过减轻运动过程中的氧自由基内稳态失衡和减轻血液流变内稳态的失衡来延缓运动性疲劳的发生，是很多科研工作者一直以来努力研究的难点。番茄红素作为一种新发现的强力抗氧化剂，已被很多国内外的研究证实其能够有效提高机体内抗氧化酶，如SOD、GSH-PX、CAT的活力，有助于机体抗氧化功能内稳态的恢复［2-6］。同时亦有研究发现，番茄红素对于运动中出现的血液流变内稳态失衡有一定的改善作用［7］。这些有关番茄红素的研究大多只注重于其抗氧化功能内稳态或只注重于其对血液流变内稳态其中某一方面的研究，较少有将两者结合起来进行研究的。本研究通过补充番茄红素来探究其对运动前后机体的抗氧化功能内稳态失衡，以及对血液流变内稳态失衡的干预效果。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象与分组

实验对象为体育系大二男生，共计16名，随机分为两组:实验组8人(T组，补充番茄红素)，对照组8人(C组，补充安慰剂)。所有受试者在选取过程中均要通过问卷的形式询问病史、生活习惯史，排除曾患心血管系统、呼吸系统等对运动有重大影响的疾病以及有吸烟、酗酒等不良嗜好者，同时也要排除近期有服用VC、VE等具抗氧化性和增强运动能力的营养品和中药补剂的受试者。受试者基本情况如表1所示，身高、体重、年龄均无显著性差异。

表1 受试者基本信息

1.2 实验仪器与试剂

实验中采用德国产电动跑台(型号:Metalyzer 3B)进行力竭性运动。采用752紫外可见光分光光度计、离心机、电热恒温水浴锅、移液器、一次性采血针及负压管、南京建成生物工程研究所提供的总超氧化物歧化酶(T-SOD)测试盒(生产批号:20120315)，丙二醛(MDA)测试盒(生产批号:20120315)完成血清及红细胞抗氧化能力及自由基代谢水平测试。一次性采血针及肝素负压管、血流变快测仪(型号:FASCO 3020BQ)用于血液流变性指标检测。番茄红素(产品标准号:Q/CPKWC012)及安慰剂(与番茄红素外形相似的淀粉胶囊)均购自北京康比特威创体育新技术发展有限公司。

1.3 实验设计

所有受试者确定下来后，首先进行第一次抽血。然后，实验组和对照组分别进行双盲补充番茄红素和安慰剂。所有的受试者在服用番茄红素和安慰剂期间每天都要通过24 h膳食回顾记录饮食情况，并要求不得摄入西红柿、胡萝卜、西瓜、桔子、柚子等富含抗氧化营养物质的蔬菜和水果，也不得服用VE、VC和具有抗氧化能力的药物、营养品和中药补剂。实验组补充番茄红素的剂量为15 mg/d，每天补充一次，连续补充28 d(剂量参考Kim JY等［8］和樊丽霞［9］，补充时间在两者基础上进行改良)。两组受试者最后一次补充番茄红素和安慰剂后，于第二天下午两点半进入实验室进行抽血及运动测试。

首先，在运动前安静状态下进行抽血。接着，受试者在电动跑台上采用Bruce方案进行力竭运动，力竭标准［10］:1)受试者大汗淋漓，经再三鼓励，也无法保持该运动速度;2)运动中心率达到180次/min以上;3)受试者出现心慌或心悸感觉且RPE数值达到19或20。运动后即刻再次抽血，测试指标与运动前相同。

1.4 血样制备

每次抽血量约8 ml，其中所抽3 ml全血一部分用于红细胞内氧自由基指标测试，另一部分经自然凝固、离心后，得到血清，用于血清中氧自由基指标测试。另所抽5 ml全血送交中国人民解放军第一七五医院进行血液流变性指标测试。

1.5 实验结果处理

所得实验数据，采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析。数据结果以平均数±标准差表示。检验分析中，P＜0.05为具显著性差异，P＜0.01为具非常显著性差异。

2 结果

2.1 补充番茄红素前受试者血清及红细胞氧自由基、血液流变性指标分析

从表2和表3中可以发现，补充番茄红素之前，对照组和实验组的血清及红细胞抗氧化能力之间没有显著性差异。同时，对照组和实验组的血液流变性指标也未发现显著性差异，说明两组受试者属于同一测试总体。

表2 补充番茄红素前血清及红细胞抗氧化能力指标

表3 补充番茄红素前受试者血液流变性指标

2.2 力竭运动前后受试者血清及红细胞氧自由基指标分析

从表4中可以看出，两组受试者运动后相比运动前，血清中总SOD活力都出现升高，但是只有实验组运动后总SOD活力升高具有非常显著性差异(P＜0.01);运动后相比运动前，两组受试者红细胞内总SOD活力也都出现一定程度的升高，但只有T组运动后相比运动前具有非常显著性差异(P＜0.01);对照组运动MDA含量较运动前出现非常显著性升高(P＜0.01)，但实验组运动后仅有升高趋势而已。

组间对照发现:1)运动前安静时，实验组受试者血清中总SOD活力高于对照组，具有非常显著性差异(P＜0.01)。两组受试者运动前红细胞内SOD活力和血清MDA含量都无显著性差异。2)运动后即刻，实验组受试者血清中总SOD活力非常显著高于对照组运动后即刻(P＜0.01);而MDA在运动后即刻的生成量也非常显著低于对照组(P＜0.01);但红细胞内SOD活力于运动后两组受试者之间并无显著性差异。

2.3 力竭运动前后受试者血液流变学指标分析

从表5中可以发现，运动前后，对照组和实验组受试者血液粘度均呈现不同程度的升高，其中对照组受试者全血高切、中切、低切粘度均出现显著性升高(P＜0.05);而实验组受试者运动后较运动前，全血高切、中切、低切粘度，血浆粘度，高切、中切、低切还原粘度均出现非常显著性升高(P＜0.01)。而在结果中也发现，对照组及实验组运动后较运动前，红细胞压积与红细胞计数均有非常显著性升高(P＜0.01)。这说明力竭运动会引起血液粘度的升高和单位体积内红细胞的数量上升。另外，对照组受试者运动后相比运动前，红细胞变形指数及红细胞刚性指数均高于运动前，且均具有非常显著性差异(P＜0.01)。实验组受试者运动后相比运动前无显著性变化。

实验组与对照组相比，运动前安静状态下，全血高切粘度、全血中切粘度与高切还原粘度均出现显著性下降(P＜0.05)。同时，运动后实验组相比对照组，红细胞变形指数非常显著性高于对照组(P＜0.01)，红细胞刚性指数显著高于对照组(P＜0.05)。这说明红细胞的变形能力增加，脆性下降。

表4 补充番茄红素后血清及红细胞抗氧化能力指标

表5 补充番茄红素后受试者血液流变性指标

3 讨论

3.1 一次力竭运动对血液抗氧化能力和流变性的影响

3.1.1 一次力竭运动对血液抗氧化能力的影响机体在进行力竭性运动时，由于运动强度比较大，体内会产生大量的活性氧(ROS)，活性氧具有很强的氧化性，会使生物膜上的双层脂质分子发生过氧化过程，同时生产丙二醛(MDA)。这个过程的最直接结果，就是造成生物膜的破坏，使细胞功能受损，甚至死亡。目前，诸多研究均已证实剧烈运动会引起血清或红细胞中MDA的含量增加［11-12］。在本研究中，也同样发现对照组力竭性运动后受试者血清中MDA较运动前出现非常显著性升高。这说明本研究对照组受试者在力竭性运动中体内脂质过氧化过程增强。造成受试者力竭性运动后体内脂质过氧化程度加重的机制，可能主要是力竭运动时机体耗氧量剧增，体内生物氧化过程的加强导致线粒体的呼吸链在进行电子传递过程中的电子漏出呼吸链的概率增加［13］，造成O2-生成增多，而O2-具有很强的氧化性，造成机体生物膜的脂质过氧化程度加重，其产物MDA生成增多。

当体内发生脂质过氧化损伤时，机体也会启动相应的防御措施，通过提高抗氧化能力来对抗氧自由基的攻击，其中通过提高抗氧化酶的活性就是非常重要的一种方式。目前，一些研究发现，力竭性运动会降低抗氧化酶的活性［14-15］。而一些研究发现，一次力竭运动会引起抗氧化酶活性的升高［16-17］。出现这种差异的原因可能是多方面的，如受试者的训练水平、力竭运动的方式、运动强度、运动时间等。本研究中，对照组受试者进行一次力竭运动后，血清中SOD活性及红细胞内SOD活性均出现一定程度的升高，但均无显著性差异。这说明受试者机体正积极动员机体的抗氧化酶来抵抗自由基的攻击。

3.1.2 一次力竭运动对血液流变性的影响 目前，有关运动与血液流变性的研究主要还是从宏观血液流变性和血液的细胞流变性两个层面来进行研究。在以往有关宏观血液流变性的研究中，学者们已经发现一次急性运动会引起全血黏度(高切、中切、低切黏度)、全血还原黏度(高切、中切、低切黏度)、血浆黏度的升高［18-19］。同时，一次急性运动也会造成红细胞压积的增大［18-19］。在本研究中发现一次力竭运动后全血黏度、血浆黏度和红细胞压积显著性升高，这与前人研究结果基本一致。分析其原因，可能与运动后体液丢失比较多有关。本研究中，受试者运动后体重减少平均约占体重的2%，已达到轻度脱水的标准。许豪文研究发现，高温环境运动脱水时，体重下降 3% ～8%，血浆容量可减少25%［20］。当然，出现上述实验结果的原因，也可能与运动时红细胞的数量增加有关［21］。

本研究中，血液细胞流变性方面的数据显示，运动后红细胞刚性指数出现显著性增大，变性指数显著性降低，这也与诸多前人的研究结果较为一致［22-23］。由于力竭运动中的氧化应激是造成红细胞变形能力下降的一个重要因素，且脂质过氧化产物MDA的含量与红细胞的变形性呈负相关［24］，所以本研究中测定了血清MDA含量，并发现一次力竭性运动后对照组血清中MDA的含量出现显著性升高，这与运动后红细胞刚性指数增大的结果具有趋同性。至于氧化应激增加红细胞刚性，降低其变形能力的机制则可能与其能通过降低红细胞膜中SH含量，引起对脂质双分子层和骨架网络连接起重要调控作用的band-3蛋白的磷酸化，并改变band-3蛋白的结构，进而造成红细胞膜的流动性下降，导致红细胞变形能力下降有关［25］。

3.2 补充番茄红素对一次力竭运动后血液抗氧化能力和流变性的影响

3.2.1 补充番茄红素对一次力竭运动后血液抗氧化能力的影响 自番茄红素被证实具有很强的抗氧化能力以来，已被诸多学者用于与运动有关的动物与人体的研究中。刘秀萍让70名大学生进行4 000 m跑，比较服用番茄红素组与口服生理盐水组在运动前后静脉血中SOD活力、MDA含量方面的差异，结果发现服用番茄红素组的血液中SOD活力显著高于服用生理盐水对照组，而MDA含量明显低于生理盐水对照组［26］。吴丽君将番茄红素应用于体育学院的男性大学生后发现，预先连续14 d补充中等剂量(25 mg/d)番茄红素可显著提高机体血清抗氧化酶的活性，并降低急性大强度运动后血清脂质过氧化物MDA升高的幅度，减少抗氧化酶的消耗［27］。这些研究结果表明，番茄红素对于提高运动中机体SOD等抗氧化酶的活力，减轻运动中氧自由基对人体所造成的损害确实具有很大作用。本研究中，补充番茄红素组运动前安静状态下血清总SOD活力，非常显著性高于安静对照组。而运动后补充番茄红素组也较未补充组显示出更高的血清SOD活力和更低的MDA含量。另外，补充番茄红素组运动后较运动前血清总SOD活力、红细胞内SOD活力均出现显著性升高，但是MDA未出现显著性升高。关于番茄红素增强机体抗氧化能力的机制，可能与番茄红素能通过激活Nrf2/HO-1信号通路来增强机体的抗氧化能力有关［4］。

3.2.2 补充番茄红素对一次力竭运动后血液流变性的影响 Silvana Peterini Boeira等2014年研究发现，预先10d补充抗氧化剂番茄红素能预防给予赤霉烯酮(一种粮食中存在的毒素)所致小鼠的血液中红细胞数量的减少与淋巴细胞、单核细胞的增多的改变，同时也能增加肝脏组织中谷胱甘肽-S-转移酶与超氧化物歧化酶的活性［28］。另外，吴丽君等的研究也发现，预先14d补充番茄红素可明显改善大学生运动后的全血粘度及红细胞的变形性，降低红细胞的聚集性，改善由运动引起的血液流变性恶化的现象［7］。这些国内外的研究说明番茄红素有很强的抗氧化、改善血液有形成分及改善血液流变性的作用。

本研究中对血液流变性的数据分析后发现，T组在运动前安静状态下，全血高切、中切粘度，高切还原粘度均显著低于C组。同时，T组安静状态下红细胞刚性指数也低于C组，但无显著性差异。这说明补充番茄红素能提高红细胞的变形能力、降低红细胞的刚性，从而降低高速流动的血液的粘度，改善高速流动血液的流变性。在运动后，T组的全血粘度，全血还原粘度等较C组运动后并无显著性改变。但在细胞流变性方面，红细胞变形指数非常显著性高于C组，而红细胞刚性指数则显著低于C组运动后的数值。这可能与番茄红素能显著升高血清与红细胞中SOD酶的活性，降低红细胞中的MAD水平，从而增强红细胞抗氧化能力，减轻红细胞膜的脂质过氧化程度［29］，来保证红细胞的变形性有密切关系。同时前人的研究也发现血清中MDA的含量与红细胞的变形性呈负相关［24］。这可能正是番茄红素通过抑制红细胞的脂质过氧化过程，来保证红细胞的变形性，降低其刚性，进而改善力竭运动后血液流变性的机制所在。

4 结论

1)一次性力竭运动会加剧体育系大学生红细胞脂质过氧化程度，同时也会造成运动后血液流变性变差。

2)通过预先补充一个月的番茄红素，能有效增强大学生机体抗自由基的能力，在一定程度上改善一次力竭运动后的血液流变内稳态失衡。

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