蝦青素的生理功能及其在運動中的應(yīng)用

蘇鐵柱

（商洛學(xué)院 體育教學(xué)研究部，陜西商洛 726000）

蝦青素是類胡蘿卜素的含氧衍生物，能有效地淬滅活性氧自由基，具有極強的抗氧化活性，抗氧化作用是天然VE的100倍，Q10的60倍，番茄紅素的7倍，具有較高的營養(yǎng)和藥用價值[1]。大量動物和臨床實驗證明蝦青素有著多方面的生理功能，蝦青素能強效清除自由基，具有抗氧化、抗疲勞、抗衰老、防輻射、抑制腫瘤發(fā)生、抗炎等多種功效，能預(yù)防心血管疾病及增強免疫功能，在健康和營養(yǎng)方面具有多方面的生物效用，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，無論大眾體育還是競技體育運動過程中往往容易產(chǎn)生大量損傷機體的自由基及代謝產(chǎn)物，出現(xiàn)運動性疲勞甚至運動性損傷等，影響正常運動或降低運動能力，而對運動營養(yǎng)補劑的研究也成為熱點，蝦青素所具有的生物化學(xué)功能能夠?qū)\動過程中機體產(chǎn)生的機能變化發(fā)揮一定的積極作用。本文結(jié)合近年來國內(nèi)外關(guān)于蝦青素的生理功能及其在運動領(lǐng)域應(yīng)用的研究，綜合論述了蝦青素作為運動營養(yǎng)補劑目前研究現(xiàn)狀及應(yīng)用進展，為蝦青素在運動領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1 蝦青素的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及分布

蝦青素是酮式類胡蘿卜素，化學(xué)名稱是3,3′-二羥基-4,4′-二酮基-β, β′-胡蘿卜素，在體內(nèi)可與蛋白質(zhì)結(jié)合而呈青、藍色，相對分子質(zhì)量596.86，分子式為 C40H52O4，熔點：216℃-218℃，純凈固態(tài)呈紫羅蘭色，不溶于水，易溶于丙酮、氯仿、苯等有機溶劑。蝦青素分子結(jié)構(gòu)含有不飽和的酮基和羥基，構(gòu)成α-羥基酮能吸引自由基或向自由基提供電子，從而清除自由基[1]。蝦青素比一般類胡蘿卜素的抗氧化性更強[2]。蝦青素主要以游離態(tài)和酯化態(tài)形式存在[3]，游離態(tài)易被氧化，酯化態(tài)易與蛋白質(zhì)結(jié)合形成不同顏色[4]。植物、浮游動物中廣泛存在，蝦青素是海洋生物體內(nèi)主要的類胡蘿卜素之一，廣泛存在與藻類、蝦類、蟹類、貝類、魚類及其他動植物中，一般蝦、蟹類含蝦青素的食物1000 g的蝦殼中含80-100 mg蝦青素，雨生紅球藻是自然界中合成和積累蝦青素最多的微生物。天然蝦青素（天然蝦紅素）是世界上最強的天然抗氧化劑，能有效清除細胞內(nèi)的氧自由基，增強細胞再生能力，維持機體平衡和減少衰老細胞的堆積，由內(nèi)而外保護細胞和DNA健康，從而保護皮膚健康，促進毛發(fā)生長，抗衰老、緩解運動疲勞、增強機體活力。

2 蝦青素的生理功能

2.1 蝦青素的抗氧化作用

生物體內(nèi)細胞生物氧化產(chǎn)生的氧自由基和H2O2等活性氧，易通過脂肪酸自由基將細胞膜上的不飽和脂肪酸氧化，打破生物體抗氧化劑和自由基的平衡，易導(dǎo)致風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、心臟病等癥狀或疾病[5]。蝦青素是一種鏈斷裂型抗氧化劑，具有極強的抗氧化作用，能有效清除活性氧[6]。天然蝦青素是人類發(fā)現(xiàn)自然界最強的抗氧化劑，其抗氧化活性遠遠超過現(xiàn)有的抗氧化劑。Hix等[7]首先提出在高壓氧的條件下，類胡蘿卜素可加強氧化劑的氧化性，蝦青素比類胡蘿卜素抗氧化能力強。蝦青素有“超級VE”之稱，是α-生育酚抗氧化性的百倍，能阻斷不飽和脂肪酸降解降低或防止自由基的生成，也能通過長鏈的共軛烯烴結(jié)構(gòu)阻止單線態(tài)氧對其它分子或組織造成氧化傷害。研究發(fā)現(xiàn)蝦青素可通過淬滅單線態(tài)氧，清除自由基，降低膜通透性限制氧化劑滲透進細胞內(nèi)，能夠維持膜穩(wěn)定。McNulty等[8]用X射線衍射分析實驗也發(fā)現(xiàn)蝦青素能穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出強大的抗氧化活性。曹秀明等[9]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素能對H2O2引起的質(zhì)膜氧化損傷具有明顯的抗氧化保護作用。蝦青素還可減少DNA的氧化損傷，抑制脂質(zhì)過氧化[10]，增加蛋白質(zhì)表達和抗氧化酶活性[11]。裴凌鵬[12]發(fā)現(xiàn)攝入10 mg Pkg劑量蝦青素即可顯著降低機體各臟器組織MDA的產(chǎn)生，增強SOD和GSH2Px酶活性，提高超氧化物歧化酶-1(SOD-1)的蛋白表達，表明蝦青素具有抗氧化作用。蝦青素能使動物細胞內(nèi)超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的蛋白表達及活性均提高[13]。裴凌鵬等[14]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素可通過激活細胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)保護成骨細胞免受H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷。

2.2 蝦青素的免疫調(diào)節(jié)作用

蝦青素能明顯促進抗原存在時脾細胞抗體產(chǎn)生，刺激體內(nèi)免疫球蛋白的產(chǎn)生，增強T細胞的作用，對機體免疫能力具有調(diào)節(jié)作用。Jyonouchi等[15]研究表明蝦青素比類胡蘿卜素在對小鼠淋巴細胞體外組織培養(yǎng)系統(tǒng)表現(xiàn)出更強的免疫調(diào)節(jié)作用，同時還發(fā)現(xiàn)蝦青素能提高人體免疫球蛋白的產(chǎn)生，進一步證實了蝦青素對機體免疫能力的調(diào)節(jié)作用。體外實驗表明，蝦青素可提高依賴于T專一抗原的體液免疫反應(yīng)，顯著促進小鼠脾細胞對胸腺依賴抗原(TD-Ag)反應(yīng)中抗體的產(chǎn)生，研究發(fā)現(xiàn)蝦青素能顯著促進分泌IgG和IgM的細胞數(shù)增加，促進TD-Ag刺激時的抗體產(chǎn)生。研究表明在抗原入侵初期，蝦青素能通過增加小鼠體內(nèi)的IgM、IgA和IgG增強特異性體液免疫反應(yīng)，從而恢復(fù)年老小鼠的體液免疫系統(tǒng)。蝦青素能通過增強T細胞對人體血細胞刺激后產(chǎn)生免疫球蛋白對視網(wǎng)膜功能具有改善作用。蝦青素可通過增強植物血凝素使脾B和T淋巴細胞分化增殖能力提高，蝦青素比β-胡蘿卜素具有更強的增強小鼠釋放腫瘤壞死因子α和白細胞介素-Iα的能力，表明蝦青素可能通過其強抗氧化性及較強的誘導(dǎo)細胞分裂的活性作用，對免疫能力具有重要的調(diào)節(jié)作用。蝦青素可保護肝臟，控制炎癥，表現(xiàn)出抑制炎性細胞因子類，可能是通過促使脾B淋巴細胞和T淋巴細胞增殖分化，從而增強機體的免疫力。

2.3 蝦青素具有預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病的作用

高密度脂蛋白(HDL)能預(yù)防并緩解冠心病的危險，低密度脂蛋白(LDL)的氧化易導(dǎo)致動脈粥狀硬化，高含量的HDL能預(yù)防動脈粥狀硬化，補充抗氧化劑能夠降低動脈硬化的危險，膳食中的抗氧化劑能通過抑制LDL氧化對心血管疾病具有預(yù)防作用。體外和臨床試驗已證明每人每天連續(xù)口服3.6 mg蝦青素2周，能預(yù)防LDL-膽固醇的氧化[5]，從而預(yù)防心血管疾病的發(fā)生。蝦青素能有效地降低成年大鼠中由缺血性腦損傷引起的傷害。氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是致使動脈粥樣硬化的主要原因，蝦青素能夠通過增加HDL，減少LDL，減輕巨噬細胞的炎癥反應(yīng)，增加動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性，減少斑塊破裂及粥樣硬化斑塊的形成，通過改善血流從而對動脈硬化、冠心病等心血管疾病具有預(yù)防作用。研究表明，蝦青素能夠降血壓和抑制血栓，并對心肌梗死、動脈粥樣硬化及缺血再灌注損傷等心血管系統(tǒng)疾病具有預(yù)防和治療作用[16]。蝦青素可能通過減少谷氨酸鹽釋放、抑制氧化應(yīng)激來改善缺血性腦自由基損傷及細胞凋亡等神經(jīng)性病變[17]。

2.4 蝦青素具有延緩衰老、保護細胞作用

衰老的主要原因是線粒體的氧化損傷加速了細胞的老化，從而導(dǎo)致衰老。蝦青素具有保護線粒體和抗衰老的作用，研究表明蝦青素能防止大鼠肝臟線粒體的體外過氧化，其效率是VE的100多倍。蝦青素的多烯烴鏈和末端環(huán)狀結(jié)構(gòu)使細胞膜剛性增加，增強膜內(nèi)及表面的抗氧化能力，同時改變了細胞膜的通透性，對細胞膜產(chǎn)生強大保護作用，保證細胞生理功能正常。蝦青素能顯著增強腦損傷后成年鼠的活動能力及降低腦梗死幾率。研究表明蝦青素對抗缺血性腦損傷的機制為阻止腦部的氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少谷氨酸鹽釋放，抑制細胞凋亡。蝦青素及類胡蘿卜素等抗氧化劑可能通過調(diào)節(jié)基因表達和誘導(dǎo)細胞間信息傳遞，保護細胞的健康[18]。蝦青素極強的抗氧化作用延緩了細胞的老化，對細胞具有保護作用，延緩了衰老進程。

2.5 其他作用

紅色的蝦青素具有極強的色素沉積能力，因此通?？勺鳛橹珓Ｎr青素對運動中產(chǎn)生的自由基所致運動應(yīng)激性潰瘍具有抵抗作用。對于天然蝦青素的抗抗癌抑癌作用，類胡蘿卜素及其衍生物能抑制癌細胞的擴散[19]。蝦青素顯著減少斑塊中巨噬細胞浸潤，抗缺氧、抗高血壓，延遲了SHR卒中的發(fā)生[20]，預(yù)防動脈粥樣硬化和心肌梗死。蝦青素通過保證胰島B細胞正常分泌胰島素的能力來改善機體血糖水平，用以改善糖尿病的癥狀。最新研究表明蝦青素能夠抗輻射保護皮膚，以及對改善視網(wǎng)膜具有良好效果[21]。蝦青素還具有保護心血管及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，抗肥胖、肝保護、調(diào)節(jié)時差，治療自體免疫性疾病、慢性濾過性病毒和細胞內(nèi)細菌感染，治療消化不良，預(yù)防或治療幽門螺旋桿菌感染，治療眼睛疾病、保持眼睛功能，緩解壓力等作用。

3 蝦青素在運動領(lǐng)域的應(yīng)用及其作用機制

3.1 減緩中樞疲勞，維護中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定

蝦青素對學(xué)習(xí)和記憶具有促進作用，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有神經(jīng)保護作用。大腦、脊髓等中樞神經(jīng)系統(tǒng)極易在運動過程中收到不飽和脂肪酸、脂類等代謝活性很高的氧化劑氧化損傷，從而導(dǎo)致運動性中樞神經(jīng)疲勞及許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。已有大量的研究證明氧化脅迫是帕金森(Parkinson)綜合癥以及肌肉萎縮側(cè)索硬化(ALS)等神經(jīng)系統(tǒng)疾病誘發(fā)的主要原因或者具有促進作用。實驗表明，通過給小鼠飼喂天然蝦青素，發(fā)現(xiàn)對帕金森綜合癥等神經(jīng)性疾病具有預(yù)防和治療作用，可能是由于蝦青素穿過血-腦屏障，在血-腦屏障外產(chǎn)生抗氧化活性，防止氧化損傷對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。Hussein等[20]用蝦青素預(yù)處理的缺血小鼠在Moms水迷宮中的學(xué)習(xí)行為測試實驗中發(fā)現(xiàn)極大縮短了缺血小鼠的逃脫期，實驗結(jié)果表明蝦青素對改善血管癡呆癥記憶發(fā)揮有益的作用，對缺血小鼠具有顯著的神經(jīng)保護作用。在運動過程中容易產(chǎn)生氧自由基及代謝產(chǎn)物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損傷，攝入富含蝦青素的食物能降低運動性中樞疲勞及相關(guān)疾病的危險。有研究表明，蝦青素很容易通過血腦屏障和細胞膜，能有效地防止視網(wǎng)膜的氧化和感光細胞的損傷，以及對中樞神經(jīng)系統(tǒng)尤其是對大腦起到保護作用，從而有效治療腦缺血-再灌注損傷、脊髓損傷、帕金森綜合征、Alzheimer綜合征等中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。

3.2 改善運動疲勞損傷及引起的炎癥反應(yīng)

蝦青素具有抗缺氧、抗疲勞及緩解肌肉運動損傷的作用，在炎癥發(fā)生的情況下，有毒的活性氧和噬中性細胞導(dǎo)致抗氧化劑水平降低、脂質(zhì)過氧化水平及氧化代謝產(chǎn)物增加，破壞了原有的平衡，研究表明活性氧也能加重運動訓(xùn)練引起的肌肉損傷炎癥，因此蝦青素能夠通過自身極強的抗氧化作用在運動性疲勞及損傷炎癥中發(fā)揮抗炎作用。尹薔等[22]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素制品通過抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)、抑制前列腺素E2(PGE2)的生成對多種炎癥模型均有明顯的抵抗作用。研究發(fā)現(xiàn)給小鼠飼喂富含蝦青素的雨生紅球藻藻粉，能明顯預(yù)防幽門螺桿菌(Helicobacter pylorio)的潰瘍癥狀并可減輕胃炎[23]。研究表明蝦青素與其他抗炎類藥物有同等或更好的效果，與阿司匹林同時服用可加強后者的藥效。陳東方等[24]通過給雄性小鼠灌胃天然蝦青素30 d后，發(fā)現(xiàn)給予200 mg·kg－1和 600 mg·kg－1劑量天然蝦青素小鼠負重游泳時間顯著增長，小鼠肝糖原增高，血清尿素氮及血乳酸含量均低于對照組，表明天然蝦青素對體力疲勞具有緩解作用。蝦青素抗氧化作用能抵抗自由基氧化損傷所致的關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)炎。由于運動負荷量過大或符合強度過大，運動過程中容易產(chǎn)生運動性疲勞或運動性損傷[25]，運動性損傷后產(chǎn)生大量炎性因子，導(dǎo)致病情加重，由于蝦青素具有抗炎癥作用，能夠抵抗炎性因子產(chǎn)生的炎癥作用，增強免疫力，改善運動損傷的程度及防止誘發(fā)其他癥狀，并促進運動損傷的恢復(fù)。

3.3 清除自由基緩解肌肉損傷增強代謝能力

蝦青素的強抗氧化性能夠減少細胞、組織和器官氧化損傷，通過降低脂質(zhì)過氧化水平改善脂質(zhì)代謝，保證細胞內(nèi)平衡及線粒體正常供能，降低血乳酸堆積，增進肌肉耐受力，提高運動過程中耐力水平，減少肌肉質(zhì)量的降低，防止運動性疲勞的產(chǎn)生，對運動性肌肉損傷具有治療作用，同時增強了運動能力。實驗表明：在心肌和骨骼肌劇烈運動后應(yīng)用蝦青素，能拮抗過氧化物酶活性，增強血漿肌酸激酶活性，同時削弱中性粒細胞對肌細胞的損傷，緩解了骨骼肌和心肌劇烈運動所致的損傷[26]。當機體運動時肌肉會釋放自由基，引起肌肉酸痛或肌肉組織損傷，而蝦青素可以抑制氧化損傷，防止劇烈運動后產(chǎn)生的延遲性肌肉疼痛，對運動性疲勞具有緩解作用[27]。Wataru A[28]報道蝦青素在運動中能夠抑制脂肪在體內(nèi)的堆積，提高脂肪在運動中的供能從而延長小鼠的力竭運動時間。Mayumi[29]給予小鼠口服蝦青素能夠顯著降低血乳酸濃度，減少血漿游離脂肪酸和血糖的消耗，延長游泳力竭時間，提高運動能力。Wolf A M等[30]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素能夠在氧化應(yīng)激條件下改善線粒體功能完整性和氧化還原狀態(tài)。蝦青素可以減少心肌和腓骨肌中的髓過氧化酶導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷[31]，而且研究發(fā)現(xiàn)蝦青素能夠提高大鼠在循環(huán)時間試驗中的持續(xù)運動時間[32]。大量研究表明，服用蝦青素能夠顯著提高小鼠負重游泳時間，增強了肌肉耐力和力量，降低血清尿素氮含量、降低血乳酸水平，提高了供能能力及代謝能力，對運動能力具有增強作用。

4 結(jié)語

蝦青素主要通過其抗氧化功能、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能、保護皮膚、抗衰老、抗炎、抗癌癥、預(yù)防LDL的氧化損害及保護視網(wǎng)膜等生物功能研發(fā)并應(yīng)用于高級營養(yǎng)保健品、化妝品及醫(yī)藥用品等方面[33]。蝦青素的生理功能及其機制的闡明對于開發(fā)和研制抗氧化、預(yù)防腫瘤及心血管疾病和慢性退行性疾病的蝦青素制劑提供了重要的理論依據(jù)，使其在食品添加劑、化妝品、保健食品和醫(yī)藥工業(yè)方面等廣闊領(lǐng)域得以應(yīng)用。由于蝦青素極強的抗氧化性及生理作用，使得其具有較強的營養(yǎng)及藥物價值，并能夠作為運動補劑應(yīng)用于延緩運動疲勞，改善運動損傷及提高運動能力等運動領(lǐng)域中。

目前，蝦青素并不屬于興奮劑，蝦青素可以作為運動營養(yǎng)補劑使用，蝦青素廣泛存在于常見食物中，研究尚未發(fā)現(xiàn)大劑量的蝦青素攝入對機體器官造成損害，對于一些氧化損傷及慢性疾病具有治療和預(yù)防效果。動物實驗也證實蝦青素的抗氧化、抗缺氧、抗疲勞、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、緩解肌肉運動損傷、神經(jīng)保護等作用在運動領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分廣闊的前景，無論是對運動能力的提高、運動性疲勞的緩解及運動性損傷的預(yù)防和治療均具有一定積極作用。但目前，機體對蝦青素的代謝、吸收利用、神經(jīng)體液調(diào)節(jié)、體內(nèi)自由基平衡，以及蝦青素作為運動補劑的補充時間、補充量、有無副作用等方面證據(jù)研究相對較少，因此蝦青素在運動領(lǐng)域的應(yīng)用及其作用機制還需深入、系統(tǒng)的研究。

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