虾青素与运动

吴丽君，阮英朝，王 洁，贾亚婕

1 虾青素

虾青素(Astaxanthin，3,3'-二羟基-β，β'-胡萝卜素-4,4'-二酮，对于化学结构参见图1)，一种红色类胡萝卜素，是一种天然存在于藻类，鱼类，甲壳类和鸟类中的生物抗氧化剂[1]。通过清除和猝灭ROS和自由基(超氧化物阴离子，过氧化氢，单线态氧等)和抑制体外脂质过氧化，大量研究表明虾青素具有强大的抗氧化活性，虾青素对自由基和脂质过氧化作用的抑制作用大约是维生素E的1000倍、Q10的60倍、番茄红素的7倍。虾青素的这些高度抗氧化活性可归因于末端环部分的独特结构，其能够在磷脂膜的表面和内部捕获自由基。大量研究表明虾青素是体内和体外系统中抗氧化和氧化应激最有效的抗氧化剂之一。它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作用，AST也具有免疫调节、抗炎、促进脂肪氧化的作用。体外研究已经证明，虾青素比β-胡萝卜素、花青素和番茄红素具有更为活泼的自由基清除能力。在哺乳动物中，虾青素口服后积累在肌肉、肝脏和肾脏组织中。虾青素能减轻肌肉损伤、抑制由于长时间运动导致的DNA和脂质的过氧化作用。虾青素是唯一能通过血脑屏障的类胡萝卜素，可直接与肌肉组织结合[2]。

1.1 虾青素的抗氧化性能

Janina[3](2016)等通过电子自旋共振(ESR)和自旋捕获及光子计数的氧猝灭活性测得：虾青素除了其着色性能，还表现出重要的自由基清除，氧猝灭和抗氧化活性。Choi 和Karppi[4]研究发现12周的虾青素补充剂可以改善安静状态下肥胖受试者的总抗氧化能力和降低MDA水平，并降低健康未受过训练的男性的脂质过氧化水平。Park[5]等(2010)发现，膳食虾青素在年轻健康女性中降低了氧化性DNA损伤(8-OHdG)的生物标志物。Baralic[6]等(2013)研究表明，虾青素补充对对氧磷和对二氧磷素的对氧磷酶活性以及年轻足球运动员的总巯基含量具有有益的作用。并且虾青素可能对运动员更容易受到的氧化应激发生作用，为酶和非酶内源性抗氧化防御系统提供额外的支持，以减少ROS生产的增加。吴丽君[7](2017)将16名体育学院男生随机分成实验组和对照组，实验组服用中等剂量(12mg/d)的虾青素28天，之后进行急性大强度运动，测得抗氧化能力值、血乳酸和血尿酸值，结果表明连续4周服用虾青素可显著提高人体在安静状态下的抗氧化能力、降低血乳酸、血尿酸含量；可改善急性大强度运动后人体抗氧化能力的降低程度和恢复程度，血乳酸及血尿酸的产生程度和清除速度。

图1 虾青素化学结构式

1.2 虾青素的免疫调节作用和抗炎作用

一些研究表明虾青素的免疫调节作用能够刺激动物和人类的免疫应答。膳食虾青素增强了年轻健康女性的细胞介导和体液免疫应答[8]。在补充虾青素机体内T细胞和B细胞丝裂原诱导的淋巴细胞增殖，自然杀伤细胞(NK)细胞细胞毒活性增强，γ-干扰素(INF-γ)和白细胞介素-6(IL-6)产生和白细胞功能抗原-1表达后免疫标记显着增强[9]。同时虾青素增加小鼠的细胞毒性T淋巴细胞活性，并抑制应激诱导的NK细胞活性。Aoi[10]等(2008)发现虾青素可减弱小鼠骨骼和心脏肌肉的氧化损伤及相关中性粒细胞浸润。Camera[11]等(2009)发现一些运动员目前正在使用虾青素作为天然遮阳剂，补充虾青素可以通过提供真皮层的光保护作用，防止紫外线(UVA)皮肤损伤。

1.3 虾青素可促进脂肪氧化供能

McGarry和Brown[12](1997)研究发现虾青素可增强脂肪氧化,并将其归因于脂肪酰基辅酶A通过肉碱棕榈醇转移酶1(CPT1)功能的改善，使脂肪酰基辅酶A进入线粒体的数量增多。CPT1位于线粒体膜上，是脂肪酸代谢的限速酶。Naguib[13](2000)研究发现补充虾青素可以通过抑制线粒体膜上损伤性ROS的积累来改善CPT1功能。Ikeuchi 和Aoi[14]在使用小鼠模型的研究中发现，4-5周的虾青素补充剂(6-30mg·kg体重-1)能改善运动期间的脂肪利用，增加小鼠在游泳和跑步机上的力竭时间。Aoi[10](2008)虾青素能抑制运动期间血浆乳酸升高和肌糖原分解代谢，从而促进虾青素的脂肪分解作用。

2 虾青素在运动领域中的不足与展望

在长时间运动训练期间，能量系统和免疫系统之间关键营养素的竞争是一些运动员疾病风险升高的原因，运动员希望通过膳食来源或补充抗氧化剂得以解决。因此，抗氧化剂补充广泛应用于运动领域。在补充抗氧化剂期间不仅是抗氧化剂的类型，包括补剂的剂量和持续时间对于机体的有效干预，可能是通过改善能量可用性、使运动恢复速度更快、心血管和免疫健康状况得到改善来体现。在美国大学运动员中调查发现90%的耐力运动员通常使用补充剂。然而，需要进一步的研究来阐明运动训练和抗氧化剂补充的互动效应。

确定虾青素剂量是研究者研究的目的。当研究抗氧化剂的生理作用时，剂量应该类似并且接近于通常消耗的量。然而，当研究抗氧化剂的潜在药理学功能时，注意不仅要集中在干预的剂量上，还应集中在可能的期望结果和介导的途径上。影响剂量的一个重要因素是补充的抗氧化剂在组织中达到的峰值。例如，维生素C在给药后数小时内被吸收。考虑到氧化修饰的持续发生，维生素C的补充不仅只一次(例如早晨)，而是每隔几小时(例如每6小时一次)就可以补充，以便在白天达到高血药浓度。此外，当调查一种以上抗氧化剂的急性摄入时，它们的施用应在不同的时间点进行，以便在同一时间点显示其峰值。这意味着在施用单剂抗氧化剂的研究中的取样点取决于所给予的抗氧化剂类型。此外，给药途径(静脉内或口服)似乎也影响着血浆峰值出现的时间点。目前运动中补充的抗氧化剂在不同训练状态的受试者中有不同的运动方案和不同的结果。因此，在任何情况下，对采用的运动类型(例如需氧或厌氧)，受试者特征，使用的氧化应激生物标志物都以研究结果来分别解释。

已有的研究仍然不能定义虾青素摄入量及更优的实验室生物标志物评估指标。长期的运动训练引起机体生理功能和骨骼肌收缩性能的显著变化，主要通过补充抗氧化物质(急性地)优化骨骼肌氧化剂浓度，从而使机体在长时间高强度耐力运动期间产生更大的能量。然而，当抗氧化剂(AOX)抑制氧化物生成时，生理性运动可能会被钝化。因此，应考虑关于急性补充AOX和运动表现的研究。其中优化骨骼肌中氧化剂含量所需的AOX量相对于所进行的运动类型和运动量可能显示出剂量反应效应以及虾青素在机体内的代谢途径。这尚未得到充分调查，应成为未来抗氧化研究的重点。