红景天运动食品研发及其抗高原运动疲劳研究

尤伟

（西京学院，陕西西安710123）

红景天运动食品研发及其抗高原运动疲劳研究

尤伟

（西京学院，陕西西安710123）

采用红景天为原料，制备一种富含红景天提取物的运动食品，预防并缓解高原运动性疲劳。研究结果发现，小鼠骨骼肌细胞中抗疲劳相关的细胞通路均被激活，其相关蛋白的表达水平均显著高于对照组（P＜0.05），证实红景天提取物在细胞水平表现出抗疲劳功效；人类自愿者高原运动试验证实，试验组运动相关指标和疲劳相关生化指标均显著高于对照组人员（P＜0.05），并且未发生任何不良反应事件。证实红景天运动食品具有有效的抗高原疲劳功效，具有一定应用价值。

红景天提取物；高原运动；运动食品；细胞模型

在高原进行剧烈的体育运动，可导致自由基在人体心脏、肌肉等重要器官的细胞内迅速增加堆积，导致细胞内脂质过度氧化，持续降低线粒体的机能和膜活性，出现人体运动机能明显下降，产生高原运动疲劳现象[1]。研究指出，补充具有增强机体抗氧化能力的功效食品，可以达到恢复肌肉功能，缓解高原运动疲劳的目的[2-3]。红景天为多年生草本植物，具有“高原人参”之称，主要分布在海拔3 000m的高原地区[4]。由于生长地带常年严寒缺氧，红景天具有较强的环境适应性和生命力，因此其组成上含有其他植物不具有的活性物质[5]。经过现代生物技术研究，已经明确指出红景天中具有红景天苷、挥发油和多糖等多种活性物质，可以显著提高人体的缓解疲劳、耐缺氧和抗寒能力[6]。我国红景天资源丰富，种类达到80多种，占世界红景天资源的90%以上，具有开发红景天运动食品的先决条件[7]。本试验采用青海红景天为原料，提取其活性物质，并以此为原料制备一种运动食品，分别建立细胞模型和人体高原运动模型，观察这种运动食品对细胞模型和人类自愿者的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

青海红景天：购买自当地中医药；支链氨基酸、谷氨酰胺：购买自北京康比特；白砂糖、酸味剂、维生素C、食用色素：购买自当地食品添加剂经销商店；纯净水：购买自娃哈哈集团。

1.2 主要试剂与仪器

1.2.1 试剂

Western blot检测用GLUT4、NOS、GSK-3β、mTOR、IGF-1、β-actin单克隆抗体：购买自Proteintech；组蛋白去乙酰化酶ELISA检测试剂盒：购买自武汉博士德；丙二醛、活性氧、超氧化物歧化酶（SOD）、总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽过氧化物酶、睾酮、皮质醇、乳酸二乙酰肟试剂盒等：购买自南京建成生物工程研究所；其余试剂均为进口分析纯。

1.2.2 仪器

UniGel Dxl8000全自动免疫分析系统：美国贝克曼库尔特；Western blot分析系统：北京君意东方；311气套式二氧化碳培养箱：美国Thermo；SD-15无菌操作台：苏州安泰；HT酶标仪：美国synergy；血乳酸快速检测仪：日本ARKRAY；CX23显微镜：奥林巴斯。

1.3 红景天运动食品的制备

1.3.1 红景天提取物制备

称取一定量的新鲜红景天进行充分干燥，粉碎后过筛（60目）除杂，采用乙醇（95%）溶解。采用闪式提取法进行红景天提取物的制备，具体制备流程如下：按照物料比1∶20（g/mL）向红景天粉中加入蒸馏水，采用150 V电压提取35 s，重复操作3次。提取结束后小心过滤去除杂质，采用真空旋转蒸发结合真空冷冻干燥的方法制得红景天提取物干粉。将干粉重新溶解后，进行柱层析纯化。经过HPLC检测后证实提取物中红景天提取物纯度达到99.54%以上，其中红景天苷含量分别达到74.52mg/g。

1.3.2 红景天提取物运动食品的制备

参考目前市售产品和相关文献报道，根据试验目的开发出一种红景天运动食品，具体配方包括红景天提取物、支链氨基酸、谷氨酰胺、白砂糖、酸味剂、维生素C、食用色素和纯净水。具体含量如下：每份运动食品（30mL）中含有红景天提取物50mg，支链氨基酸100mg、谷氨酰胺100mg、白砂糖0.5mg、酸味剂50 mg、维生素C 10mg、食用色素2mg，分别调整运动食品的色泽、风味和口感至满意状态。

1.4 小鼠骨骼肌细胞的分离与培养

雄性SPF级成年昆明小鼠，体重（21±1）g，由沈阳浩盛实验动物公司提供。无菌环境分离小鼠骨骼肌，采用酶消化法分离得到小鼠骨骼肌细胞，经形态学检测纯度达到95%以上，并无污染现象，符合实验要求。在37℃的CO2培养箱培养、换液直至实验开始。

1.5 自愿者的选择

试验对象选择高原地区某高校体育系学生40名，男女比例1∶1，年龄为（22±1.33）岁，经过体检证实身体均为健康状态，无任何疾病，入选实验后签署知情同意书。将40名自愿者随机分成实验组和对照组，每组20人，每组男女比例1∶1。

1.6 实验方法

1.6.1 细胞检测

调整细胞浓度至1×108个/mL，铺制6孔板共6板，分别设为实验组（3板）和对照组（3板）。向实验组细胞培养板中加入红景天提取物（根据口服液含量添加），向对照组中加入无菌生理盐水，作用2 h后，分别消化离心收集细胞，提取总蛋白，分别采用Western blot检测AMPK信号通路中的调控因子GLUT4、NOS和GSK-3β和PI3K/PKB/mTOR信号通路中的mTOR和IGF-1的表达水平，并进行实验组和对照组的数据比较。

1.6.2 人类自愿者高原运动实验

两组实验人员在实验开始前7天来的海拔1500m以上的高原地区进行适应训练，实验组人员开始连续服用红景天运动食品，而对照组人员开始服用味道、颜色相似的食品，对照食品中不含有任何红景天提取物。在实验当天清晨空腹采集静脉血，测定静脉血中的丙二醛、SOD、T-AOC、组蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、乳酸、睾酮、皮质醇的含量。采血后休息2 h，开始高原运动实验。实验具体方法如下：两组自愿者均进行渐增负荷运动训练，使用器械为心脏功量脚踏车，功率从10W开始，每5min递增10W，递增至力竭后结束实验。实验结束后统计两组运动员运动数据，包括运动时间，运动距离，最大功率，平均功率等，并再次采集静脉血进行丙二醛、活性氧、SOD、T-AOC、组蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、乳酸、睾酮、皮质醇和敏感性脂肪酶的含量检测。在实验期间，严密观察两组运动员的身体状态，如发生任何不良反应事件，采取积极手段救治。

1.7 数据统计与分析

所有数据的统计分析均采用spss18.0，计量资料进行采用t检验，计数资料采用x2检验，P＜0.05为差异显著，具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 细胞通路检测

细胞模型可以快速敏感的反应抗疲劳效果，实验结果如图1所示，与内参β-actin比较，实验组GLUT4、NOS、GSK-3β、mTOR、IGF-15项指标均显著高于对照组（P＜0.05），证实在食品中使用的红景天提取物浓度在细胞水平上表现出明确的抗疲劳效果。

2.2 运动员高原运动状态评估

人体在高原持续运动状态，可以直接反应人体的疲劳状态结果见表1。

图1 疲劳蛋白表达水平检测Fig.1 Detect protein expression of fatigue

表1 人体高原运动指标（±s）Table1 Thehuman body plateau sport indicators（±s）

表1 人体高原运动指标（±s）Table1 Thehuman body plateau sport indicators（±s）

注：*表示P＜0.05差异显著。

平均心率/（次/min）实验组44.52± 1.22*组别运动时间/min运动距离/km最大功率/W平均功率（X）/W最大心率/（次/min）139.41± 5.25 125.54± 2.55对照组35.61± 1.42 24.67± 0.14 110±5 56.50± 2.55*171.52± 14.55 21.15± 0.21 90±5 41.20± 2.35 184.43± 18.56

如表1所示，实验组人员在运动时间、运动距离、运动最大功率、运动平均功率、最大心率和平均心率上均优于对照组人员，其中运动时间和平均功率显著高于对照组（P＜0.05），证实人体在服用运动食品后，可以提高抗高原运动疲劳的能力。

2.3 人体生化指标检测

人体生化指标可以正确的反应人体的疲劳程度，生化指标检测如表2所示。

表2 人体生化指标检测（±s）Table2 Dection of thehuman body biochem ical indicator（±s）

表2 人体生化指标检测（±s）Table2 Dection of thehuman body biochem ical indicator（±s）

注：*表示P＜0.05差异显著。

组别实验组对照组丙二醛/（nmol/mg）2.64±0.14*1.52±0.18 SOD/（ng/mL）32.65±10.24*55.12±8.11 T-AOC/（ng/mL）7.25±0.23*3.17±0.71组蛋白去乙酰化酶/（ng/mL）5.11±0.13*2.57±0.21谷胱甘肽过氧化物酶/（ng/mL）6.42±0.13*3.54±0.19乳酸/（mmol/L）11.24±0.23 14.52±0.28睾酮/（nmol/L）23.54±0.23 19.23±0.41皮质醇/（nmol/L）255.32±21.25*187.42±14.29

实验组人员各项疲劳相关的生化指标均优于对照组人员，其中丙二醛、SOD、T-AOC、组蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、皮质醇显著优于对照组（P＜0.05），再次证实制备的红景天运动食品可以有效改善人体的高原运动疲劳状态，提高运动能力。

2.4 安全性分析

参与实验的人类自愿者均未发生任何不良反应事件，证明整个过程安全有效。

3 讨论

红景天主要分布在高原地区的岩石隙缝、林缘草地和林下灌木中，对于恶劣复杂的环境具有较强的适应性。根据我国古代中医典籍记载，红景天具有抗逆境、抗衰老、扶正固本、滋补强壮的功效。通过提取其活性成分并进行小鼠实验，证实红景天苷、甙、酮类具有拮抗心肌、大脑缺氧环境的作用，可以通过减少氧耗量和动脉氧分压，达到对心、肺、脾、肝的保护作用[8]。超微结构研究指出，红景天提取物可以对心乳头肌的线粒体和肌纤维表现出明显的保护作用[9]。模拟高原运动研究指出，红景天提取物可以明显延长小鼠的运动时间和生产时间[10]。

高原运动发展快速，相关功能性食品的需求也应运而生。根据目前的研究现状，以红景天为原料的功能性食品具有广阔的发展空间[11]。在本研究中以红景天提取物为基础，开发一种具有缓解高原运动疲劳，维持人体运动机能的运动食品。通过细胞模型和人类自愿者模型分析这种食品的功能性，在疲劳相关的细胞通路蛋白检测上，证实采用的红景天提取物浓度可以显著激活抗疲劳细胞通路。在人类实验中，实验组人员的高原运动能力得到显著改善，运动时间、运动距离、运动最大功率、运动平均功率、最大心率和平均心率五项运动指标均显著优于对照组人员，丙二醛、SOD、T-AOC、组蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、乳酸、睾酮、皮质醇多项生理指标均可以显著优于对照组人员。通过以上实验，证实研发的红景天运动食品具有显著的抗高原运动疲劳作用，具有重要的实际应用价值。

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Research on Development of Rhodiola Sport Food and the Effect of Antifatigue of Plateau Sport

YOUWei
（Xijing University，Xi′an 710123，Shaanxi，China）

Rhodiola was used as raWmaterial to prepare a diet rich in rhodiola extract，which was applied to preventand relieve the fatigue of plateau sport.The results showed that the anti-fatigue related cellular pathwayswere activatedinmouse skeletalmuscle cells，and theexpression of related proteinswassignificantly higher than thatin the controlgroup（P＜0.05）.Itwasconfirmed that theextractof rhodiolahad obviousanti-altitude exercise fatigue effectat the cellular level.Human volunteers plateaumotion experiments confirmed that the exercise-related indexes and fatigue-related biochemical indexes in the experimental group were significantly higher than those in the controlgroup（P＜0.05），and no adverse eventswere observed.These results showed that rhodiolawaseffective in anti-plateau fatigueand had certain application value.

rhodiolaextract；plateau exercise；sport food；cellmodel

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.037

2016-12-09

尤伟（1977—），男（汉），讲师，本科，研究方向：体育教学，运动训练，运动营养。