大豆异黄酮对游泳小鼠能量代谢的影响*

邓炳楠，孙景然，金 宏，聂鸿靖，段瑞峰，刘 列，高志贤，陈照立

（军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所，天津300050）

大豆异黄酮（soybean isoflavones，SI）是一种大豆生长过程中形成的次生代谢物，属于生物类黄酮，仅存在于豆科植物中，具有预防肿瘤、抗心脑血管疾病、预防老年性疾病、免疫调节、抗自由基损伤等生理特性而引起广泛关注［1，2］。在运动过程中，随着运动时间的延长和运动强度的增大，机体内环境也会随之发生变化，伴随肌肉收缩和舒张，能量不断被消耗，同时能源物质和代谢模式也会发生改变，包括机体代谢中间产物等都可能出现较大变化［3，4］。目前SI作为抗疲劳剂的研究结果尚不一致，能否作为新的抗疲劳营养物引入尚未定论。本实验通过研究SI对负重游泳小鼠的作用，检测其对小鼠乳酸（lactic acid，Lac）、乳酸脱氢酶 （lactate dehydrogenase，LDH）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）、琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）、ATP酶活性等的影响，为抗疲劳产品的开发提供一定的实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

昆明雄性小鼠，动物批号scxk-（军）-2009-003，体质量18～22 g，由军事医学研究院环境医学与作业医学研究所实验动物中心提供。

1.2 试剂

Lac试剂盒、血清 LDH、CK、SDH、ATPase酶等试剂盒（南京建成生物工程研究所提供）。

1.3 实验仪器

游泳箱（70 cm×50 cm×40 cm），uQuantTM超级酶标仪（美国BioTek公司），Eppendorf-5417R高速冷冻离心机（德国 eppendorf公司），HH·W21·420型水浴锅。

1.4 实验方法

实验采用雄性昆明小鼠30只，根据体质量随机分为3组（n＝10）：正常组、游泳模型组、SI组。正常组和模型组喂AIN-93M合成饲料［5］，SI组在AIN-93M合成饲料中添加0.4%的SI，3组小鼠均自由饮水摄食。饲养2周，模型组和SI组每周进行1次游泳锻炼，每次10 min。实验第15天，小鼠负重2%游泳1 h（水温35℃，水深30 cm）后处死全部小鼠，取血清、肝脏、骨骼肌，分别测定Lac含量（血清）、LDH（血清和骨骼肌）、SDH（肝脏和骨骼肌）、ATPase酶（肝脏和骨骼肌）、CK（血清和肌肉）活性。

1.5 数据分析

实验采用SPSS 18.0统计软件分析，计量资料数据结果以均数±标准差（±s）表示，采用方差分析进行组间检验，然后进行两两比较，分析数据差异显著性。

2 结果

2.1 小鼠体质量变化

饲料中添加SI后，经过2周的饲养，各组小鼠体质量无显著性差异，生长良好，说明本实验所采用SI的剂量对小鼠的生长发育无不良影响（表1）。

Tab.1 Body weight changes after two weeks of the experiment（g，±s，n＝10）

Tab.1 Body weight changes after two weeks of the experiment（g，±s，n＝10）

SI：Soybean isoflavones

Group Before After Nomal control 26.7±2.1 37.3±2.5 Model 26.8±1.4 38.5±3.1 SI 26.3±1.4 38.3±2.8

2.2 SI对 Lac、LDH的影响

小鼠游泳后，血清中Lac含量明显提高，补充SI后，虽然较正常水平仍有显著提高，但与游泳模型组相比，已有明显的下降；经过负重游泳的剧烈运动后，与正常组小鼠相比，模型组小鼠血清LDH活性有所升高，SI组小鼠血清中LDH活性则显著升高（P＜0.01）；与正常组相比，运动后模型组和 SI组骨骼肌中LDH活性都有明显升高（P＜0.05），并且补充SI组较模型组也有显著升高（P＜0.05，表2）。

2.3 SI对CK和SDH活性的影响

经过负重游泳的剧烈运动后，与正常组小鼠相比，模型组和SI组小鼠血清中CK活性都有明显升高（P＜0.05），并且补充SI组较模型组也有显著升高（P＜0.05）；骨骼肌CK水平变化趋势与血清基本一致，运动后模型组和SI组骨骼肌CK活性较正常组都有明显升高（P＜0.05，P＜0.01），并且补充 SI组较模型组也有显著升高（P＜0.05）；SDH活性变化与CK相似，模型组肝脏中SDH活性显著性降低（P＜0.05），补充 SI组则较模型组显著升高（P＜0.05），基本恢复正常值水平；运动后模型组和SI组小鼠骨骼肌SDH活性较正常组均有显著性升高（P＜0.05），且补充 SI组升高更为明显（表 3）。

2.4 SI对ATP酶活性的影响

经过负重游泳的剧烈运动后，与正常组小鼠相比，运动组小鼠肝脏组织中ATP酶活性变化不明显，骨骼肌中两种ATP酶活性均显著降低（P＜0.05），补充SI组较模型组Na+K+-ATP酶和Ca2+Mg2+-ATP酶活性都有所升高，但无统计学差异（表4）。

Tab.2 Effects of SI on the content of Lac and LDH（±s，n＝10）

Tab.2 Effects of SI on the content of Lac and LDH（±s，n＝10）

SI：Soybean isoflavones；Lac：lactic acid；LDH：Lactate dehydrogenase*P＜0.05，**P＜0.01 vs normal control group；#P＜0.05，##P＜0.01 vs model group

Group Lac（mg／100 ml ）LDH Serum（U／L） Muscle（U／g·prot ）Normal control 11.60±0.89 13576.6±2660.2 5563.1±731.6 Model 18.29±1.59* 14021.2±1999.1 6239.4±605.8*SI 14.83±0.97*# 16934.3±1679.4**## 7034.2±859.1*#

Tab.3 Effects of SI on the activities of CK and SDH（±s，n＝10）

Tab.3 Effects of SI on the activities of CK and SDH（±s，n＝10）

SI：Soybean isoflavones；CK：Creatine kinase；SDH：Succinate dehydrogenase*P＜0.05，**P＜0.01 vs normal control group；#P＜0.05 vs model group

Group SDH（U／mg·prot ）Liver Muscle Normal control 0.61±0.07 0.88±0.15 9.86±1.17 8.07±1.14 Model 0.87±0.15* 1.06±0.16* 8.72±0.96* 9.38±1.16*SI 1.01±0.13**# 1.27±0.27**# 9.84±1.04# 9.63±1.16 CK Serum（U／ml） Muscle（U／g·prot ）*

Tab.4 Effects of SI on the activities of ATPase（μmolP／mg·pro·thr，±s，n＝10））

Tab.4 Effects of SI on the activities of ATPase（μmolP／mg·pro·thr，±s，n＝10））

SI：Soybean isoflavones*P＜0.05 vs normal control group

Group Ca2+Mg2+Ca2+Mg2+-ATPase Normal control 4.15±0.37 4.05±0.20 6.35±0.50 6.59±0.58 Model 3.80±0.27 3.72±0.19 4.62±0.32* 5.46±0.38*SI 3.88±0.32 3.78±0.26 5.02±0.23* 5.80±0.31 Liver Na+K+-ATPase -ATPase Muscle Na+K+-ATPase*

3 讨论

SI是大豆生长过程中形成的一种次生代谢产物，是一种植物雌激素，具有多种生理功能和保健功效［6，7］。从小鼠的体重增长和发育情况来看，饲料中添加0.4%的SI对雄性昆明小鼠是安全剂量，对其生长发育无不良影响；根据前期的小鼠力竭游泳实验结果，饲料中添加0.4%SI剂量对延长小鼠的游泳力竭时间效果较好，能明显提高小鼠的耐力。因此本实验把0.4%作为饲料中SI的添加剂量。

运动性疲劳是一种极其复杂的生理现象，其原因众说纷纭。专家学者们提出了很多假设来解释疲劳现象及其成因，也曾成功的解释了疲劳某一方面现象，但由于疲劳代谢过程及调节机制的复杂性，目前各种学说又都具有一定的片面性或局限性，往往难以从整体阐释疲劳过程的机制［8］。

目前运动实验与生化指标检测相结合是评价疲劳较常用的方法［9］。本实验采用小鼠负重游泳的方法，检测其代谢变化。疲劳产生的生化标志物从代谢角度看有3类［10］：能源物质如肝糖原、肌糖原；调节物质，如激素；代谢产物如血Lac、血清尿素氮等，小鼠游泳力竭时间和生化指标的变化，可以反映小鼠的疲劳程度和SI抗疲劳作用效果，因此本实验选取 Lac、LDH、CK、SDH、ATP酶等指标进行检测。

Lac含量是反映机体疲劳程度的一个重要生理指标［11］。一般认为：机体经过长时间的运动，Lac在体内堆积，是造成疲劳的一个重要原因。从本实验结果可以看出：与正常组相比，模型组和SI组血清Lac都有显著性升高，说明进行负重游泳运动后，小鼠的体能已有较大的消耗，无氧代谢途径已成为游泳小鼠能量的重要补充，代谢产生较多的Lac，造成Lac堆积；与模型组相比，SI组血清Lac含量有明显下降，说明补充 SI后，能减少 Lac的堆积，或促进Lac的消除，起到抗疲劳的作用。

运动过程中机体能量代谢大多都要经过氧化磷酸化途径，且氧化磷酸化过程都是在线粒体中进行的，SDH是呼吸链中氧化还原酶复合体的组成成分之一，提高SDH的活性，有利于细胞内ATP的生成。CK是一个与细胞内能量运转、肌肉收缩、ATP再生有直接关系的重要激酶，它可逆地催化肌酸与ATP之间的转磷酰基反应［12-14］；文献报道：持续剧烈的运动过程会造成骨骼肌能量代谢途径的保护性抑制，这可以从实验数据中得到印证。经过1 h的负重游泳后，模型组小鼠骨骼肌中ATP酶活性显著降低，说明运动过程中骨骼肌能量代谢途径可能受到一定抑制；SI组小鼠ATP酶活性较模型组有升高的趋势，这对于加强运动过程的能量供应是十分有利的，有利于运动过程的持续进行［13］。另外，SDH作为线粒体完整性和数量多少的标志酶，其活性的变化常常伴随线粒体的损伤及线粒体的数目改变［15-17］。小鼠运动后肝脏组织中SDH活性有所下降，说明小鼠的能量代谢通路可能受到一定程度的影响；补充SI后SDH活性与正常组已无明显差异，这些变化有利于及时恢复体能、解除疲劳，发挥肝脏能量代谢的正常生理功能；运动后骨骼肌组织中SDH活性显著增高，有利于加强对机体的能量供应，满足机体运动过程中的能量需求。游泳运动后，小鼠血清和骨骼肌中LDH与CK变化规律基本一致，说明剧烈运动后，机体能量代谢明显加强，与之相关的各种代谢酶的活性也随之加强，尤其是补充SI组变化更为明显，骨骼肌中LDH水平升高可能与机体的骨骼肌分解乳酸，减少Lac在骨骼肌积累作用的能力有关，推迟肌细胞中pH的下降时间，同时CK活性的提高，可能有利于减少机体的糖元的动用，从而减少Lac的堆积，提高运动耐力，延缓了小鼠运动疲劳的发生［12，13］。

综上所述，SI对游泳小鼠能量代谢有一定的调节作用，主要可能是通过提高LDH活性，减少Lac的堆积，提高SDH、CK等酶的活性，改善三羧酸循环，增加运动过程中的能量输出，满足小鼠运动的能量消耗，发挥抗疲劳的作用。通过进一步的实验验证，SI或许可以作为一种食品添加剂，开发出一种新型的抗疲劳保健产品。

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