虾青素对运动机体的促进作用

孙 卓，王 舒，吴丽君

（山西大学体育学院，山西 太原 030006）

虾青素（Astaxanthin，3，3'-二羟基-β，β-胡萝卜素-4，4'-二酮）是叶黄素类胡萝卜素（图1），为一种天然的高效的抗氧化剂，广泛存在于微藻、浮游生物、磷虾、三文鱼、鳟鱼和甲壳类动物的海洋环境中，同时它也存在于酵母、真菌、复合植物和一些鸟类的羽毛中，包括火烈鸟和鹌鹑等生物体内，因此构成了人类日常主要的饮食。大量资料显示，虾青素具有极强的抗氧化性，其抗氧化能力至少是β2胡萝卜素的10倍，是维生素E的80～550倍。同时，虾青素能够跨越生物膜的双层脂类/蛋白膜，实现其抗氧化功能。已知虾青素在预防和治疗各种疾病，如癌症、慢性炎性疾病、糖尿病、心血管和神经退行性疾病方面具有潜在的健康促进作用。关于虾青素在运动医学领域的研究应用并不多，本文主要针对虾青素干预对运动机体的代谢做了相关阐述，为虾青素在运动医学领域的研究提供相关信息。

1 虾青素的抗氧化性

氧化应激是神经系统疾病病理学中的重要调节因子。细胞中促氧化剂与抗氧化剂反应的失衡可导致氧化应激的发生，从而导致大量活性氧（ROS）和自由基的产生。机体在运动过程中会产生大量自由基，当活性氧与自由基增多堆积时，细胞内阴阳离子相互反应，造成细胞功能紊乱，并进一步导致细胞衰亡。虾青素是目前所发现的抗氧化剂中其抗氧化能力较强的抗氧化剂之一，与其他类胡萝卜素相比其抗氧化顺序为虾青素＞α胡萝卜素＞ β胡萝卜素＞红木素＞玉米黄质＞黄体素＞胆红素＞胆绿素，且已报道虾青素经常用于与维生素C、E和β胡萝卜素作为抗氧化补充剂的组合制剂。虾青素可通过各种机制猝灭单线态氧，清除自由基，抑制脂质过氧化和调节与氧化应激相关的基因表达来作为对氧化损伤的保护作用。Li等人在人视网膜色素上皮（RPE）细胞系ARPE-19的实验中，通过虾青素补充后抑制了细胞内ROS的产生，并阻止H2O2诱导的视网膜色素上皮细胞活力的降低。Curek等人发现，虾青素处理显著降低了大鼠缺血再灌注后肝细胞损伤的氧化应激水平，以及降低了黄嘌呤脱氢酶（XDH）向黄嘌呤氧化酶（XO）的转化。以上说明虾青素能够起到清除自由基，保护机体免受氧化所带来的细胞损伤及凋亡。

2 虾青素与自由基清除

虾青素属类胡萝卜素，类胡萝卜素在多烯链中含有共轭双键，可通过淬灭单线态氧和清除自由基以终止链反应而负责抗氧化活性。虾青素能够清除自由基是因为其中心的共轭多烯链，虾青素每个紫罗兰酮环上含有羟基和酮基部分。由于其独特的分子结构，它可从细胞膜外连接到膜内（图2），虾青素的末端环可清除细胞膜表面和内部的自由基，因此与其他抗氧化剂相比具有更好的生物活性。Tripathi等人证明，虾青素处理通过红系衍生的核因子2相关因子2的抗氧化反应元件途径减轻了大鼠肝细胞中环磷酰胺所诱导的氧化应激，并且降低了DNA损伤及细胞的死亡。

图1 虾青素的结构

图2 虾青素的跨膜取向

3 虾青素补充可提高运动能力

已有资料表明，补充虾青素能够缓解运动后机体疲劳，增强氧化应激系统功能，减少运动后机体血乳酸的积累，降低了丙二醛（MDA）水平等，从而起到提高运动能力的效果。

3.1 虾青素能够提高SOD活性

超氧化物歧化酶（SOD）对机体的氧化与抗氧化平衡起着至关重要的作用，此酶能清除超氧阴离子自由基，保护细胞免受损伤。已有研究表明，虾青素的补充能够提高运动机体内SOD的活性，有效减少运动疲劳的产生。沈宁通过游泳递增负荷试验分析了运动及虾青素补充对大鼠骨骼肌抗氧化能力的影响。结果表明，长期进行有氧运动可提高大鼠脑中抗氧化能力，并能降低脂质过氧化水平。此外，虾青素的补充显著抑制了递增运动负荷所致的大鼠骨骼肌细胞SOD活性的降低。探讨虾青素的抗氧化机制及其对血管内皮细胞过氧化氢酶和超氧化物歧化酶 1（SOD 1）表达的影响。苗升浩等人通过虾青素干预牛颈动脉内皮细胞测定了过氧化氢酶和SOD 1蛋白表达水平的变化。结果表明，不同浓度的虾青素均能上调过氧化氢酶、SOD1的表达。这说明虾青素可以增强清除内皮细胞活性氧组族酶的表达，体现抗氧化机制的多样性 ，并有潜在的维持内皮功能的作用。

3.2 虾青素加快了血乳酸的清除率

人体在安静状态下的血乳酸值处于稳态，主要是由于人体成熟红细胞、肾髓质的代谢旺盛，即使在安静状态下依然有很强的代谢能力。然而，随着机体运动的开始，人的整体代谢水平随之提高，这些组织所产生乳酸的代谢水平也会随之提高，短时大强度运动后血乳酸浓度上升与此有一定关系。肌肉中乳酸的大量堆积，导致ATP的水解速率减慢，肌肉收缩力下降；同时降低了与糖酵解有关酶的活性，从而影响糖酵解的效率；乳酸的堆积还使血液及脑内的PH值下降，从而抑制大脑神经，产生中枢疲劳。吴丽君等研究了急性大强度运动后补充虾青素对人体抗氧化能力、血乳酸及血尿酸的影响，结果显示，补充虾青素28天后，明显改善了血乳酸及血尿酸的产生程度和清除速度。

3.3 虾青素对丙二醛（MDA）的影响

丙二醛（MDA）是一种短链的醛，是脂质过氧化反应的终产物，丙二醛（MDA）的含量在一定程度上能够衡量脂质过氧化及细胞膜性结构损伤程度，因此运动后体内MDA的含量可间接反映出细胞损伤的程度，进而反映组织脂质过氧化程度。运动后体内较高的丙二醛含量加速了运动损伤的发生。苗小宝通过对大鼠力竭游泳运动补充6周天然虾青素显著降低了大鼠骨骼肌中MDA的含量，降低脂质过氧化水平，增强机体的抗氧化能力，对机体产生了一定的保护作用。王丰光在大鼠游泳或游泳配合服用天然虾青素后对安静、力竭运动后体内MDA的水平均有降低作用，且虾青素补充明显改善了大鼠肾脏细胞安静时的脂质抗氧化水平。虾青素除了对以上生化指标有很好的缓解功效外，其在对抗因运动产生的炎症因子、抗溃疡、抗肿瘤等方面都取得了长足进展。

4 结 语

虾青素作为一种高效的抗氧化剂对生物体的保护扮演着重要的角色。虽然关于虾青素在生物体的探索已有较大进展，而虾青素对运动后机体代谢层面小分子上所具有的保护机制还需进一步探究，进而为虾青素在医药领域、生物保健及运动医学领域的应用提供更科学的依据。