魔芋多糖的生物學(xué)功能及其在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的研究進(jìn)展

阮凌 劉芹安康學(xué)院體育系，陜西安康 725000

魔芋多糖的生物學(xué)功能及其在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的研究進(jìn)展

阮凌 劉芹
安康學(xué)院體育系，陜西安康 725000

本文通過大量的國內(nèi)外研究資料對近年來魔芋多糖的研究進(jìn)行梳理。目前大量關(guān)于魔芋多糖生物學(xué)功能的研究集中在人體和動物實驗，未見細(xì)胞培養(yǎng)實驗。魔芋多糖的主要生物學(xué)功能包括降脂、降糖、促進(jìn)免疫功能、防止細(xì)胞脂質(zhì)過氧化、對抗皮膚炎癥因子等多重功效。本文根據(jù)大量的文獻(xiàn)和實驗研究，并結(jié)合其功能和機(jī)制，展望魔芋多糖在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

魔芋多糖；生物學(xué)功能；糖脂代謝；運(yùn)動

魔芋（Konjac）為天南星科多年生的塊莖草本植物。秦嶺以南地區(qū)以其特有的地理環(huán)境優(yōu)勢，盛產(chǎn)魔芋。魔芋的主要成分為魔芋多糖（Konjac polysaccharide）。目前，大量的研究多集中在魔芋多糖的功能和臨床研究。魔芋多糖分子式為C6H5O2。魔芋多糖是一種復(fù)合性多糖，是已知植物多糖中黏度最大的天然高分子多糖。魔芋多糖具有多種生物學(xué)功能，其中包括改善糖脂代謝水平、促進(jìn)免疫功能、防止細(xì)胞脂質(zhì)過氧化、對抗皮膚炎癥因子等多重功效。有研究顯示其在運(yùn)動員減體重、降血糖等方面具有正向調(diào)節(jié)作用，因此近年來，越來越受到醫(yī)學(xué)及運(yùn)動醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，提示其可能作為良好的營養(yǎng)補(bǔ)充劑應(yīng)用于競技體育和大眾健身中。

1 魔芋的產(chǎn)地、成分及其主要結(jié)構(gòu)

1.1 魔芋的主要產(chǎn)地

魔芋種類很多，據(jù)統(tǒng)計全世界有260多個品種，中國有記載的為19種，其中8種為中國特有。魔芋多年生宿根性塊莖草本植物。原產(chǎn)日本、印度、斯里蘭卡、馬來半島，中國西南地區(qū)栽種已有多年歷史，自古便是中國古書中的藥草之一。分布于越南、喜馬拉雅山地至泰國，中國為原產(chǎn)地之一，中國大陸的陜西、甘肅、四川、云南、貴州、寧夏至江南等地一帶大量生產(chǎn)。魔芋為天南星科魔芋屬植物的泛稱［1］，又名磨芋、鬼芋、鬼頭、花蓮桿、蛇六谷等。目前中國是國際上研究、利用魔芋水平較高的國家，對魔芋的科技研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面給予了大力支持，而且魔芋也已經(jīng)成為一項朝陽產(chǎn)業(yè)。安康地處秦嶺以南，魔芋種植面積已達(dá)21.3萬畝，占全國種植面積的12%，成為全省第一。

1.2 魔芋中的結(jié)構(gòu)、成分

魔芋加工后精粉的主要成分為魔芋多糖（Konjac polysaccharide），又稱魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）。魔芋多糖是已知植物膠中黏度最大的天然高分子多糖，由葡萄糖和甘露糖聚合而形成的雜多糖。平均分子量20萬～200萬，外形呈白色或奶油至淡棕黃色粉末，主要由甘露聚糖和葡萄糖以β-1，4-鍵合的高分子量非離子型甘露聚糖（glucoman-nan），沿葡甘露聚糖（GM）主鏈上平均每隔9～19個單糖單位有一個乙酰基，它有助于GM的溶解，其晶體結(jié)構(gòu)有α型（非晶型）和β型（結(jié)合型）兩種［2-3］。

2 魔芋的主要生物學(xué)功能

2.1 對脂代謝的影響

魔芋吸水后體積膨脹系數(shù)很大，最高可達(dá)到干品自身體積的100倍，魔芋在胃內(nèi)吸水膨脹后使人產(chǎn)生飽脹感，此特性可能對改善脂代謝起到重要作用。GM是從魔芋植物等植物中提取出來的，初步證據(jù)表明，GM可以促進(jìn)減肥。GM耐受性良好，在超重人群和肥胖者中有顯著作用。有一些證據(jù)表明，GM通過促進(jìn)飽腹感提高其安全性，減少糞便中能量的損失，發(fā)揮有益作用。此外，GM已經(jīng)被證明可以改善血脂、脂蛋白和血糖水平［4］。對其安全性、有效性和作用機(jī)制進(jìn)一步調(diào)查，以確定GM是否能有助于幫助美國人群中超重及肥胖患者。

Arvill等［5］通過對63名健康男性連續(xù)4周使用魔芋，在實驗中不改變受試者的飲食和生活方式。4周末測試低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）降低7.2%，三酰甘油（TG）降低23%，總膽固醇（TC）含量降低，高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）和LDL-C的比例并沒有顯著改變，受試者體重沒有變化。這項研究的結(jié)果表明，可溶性纖維KGM是一種有效的降膽固醇飲食的輔助手段。其機(jī)制可能是：KGM補(bǔ)充通過增強(qiáng)的膽固醇和膽汁酸排泄，從而改善血脂水平，抑制血糖濃度升高。KGM可能是一種對高脂血癥、糖尿病患者的治療補(bǔ)劑［6］。Venter等［7］將12只雄性狒狒隨機(jī)分為兩組，其中一組的飲食中補(bǔ)充魔芋，另一組正常飲食，9周后未補(bǔ)充魔芋組，血清TC水平比實驗前測值顯著增高（25%，P＜0.05），而魔芋組陰止血清TC升高。未補(bǔ)充組TC/ HDL-C顯著高于使用組。魔芋補(bǔ)充也使TG和游離脂肪酸水平降低，且肝臟中的TC濃度降低31%～34%。

Zhang等［8］將110例高脂血癥老年患者隨機(jī)分配到兩個組。實驗組食用普通飲食加含魔芋食品，對照組食用普通飲食。實驗進(jìn)行45 d。實驗結(jié)果表明，實驗組TG、TC、LDL-C水平顯著下降（P＜0.01），而HDL-C和載脂蛋白（AI）含量顯著升高（P＜0.01）。另一項研究在20名肥胖者中進(jìn)行8周實驗，實驗組飲食中添加魔芋精粉（由魔芋根莖中提?。?，每天三餐前服用，受試者不改變自已的飲食或運(yùn)動模式。結(jié)果表明，使用魔芋在8周期間，平均減重5.5磅。魔芋多糖治療組血清TC和LDL-C分別降低21.7、15.0 mg/dL。受試者實驗過程中未報道魔芋的不良反應(yīng)［9］。

Vasques等［10］評估：加入魔芋（94.9%GM）標(biāo)準(zhǔn)化提取物的藥物治療肥胖效果。50名肥胖者（BMI 30.0～ 39.9 kg/m2）被分配到安慰劑組（n=26）或治療組（n=32），實驗中無飲食限制。12周的時間，受試者分別每日給予藤黃（劑量2.4 g）加魔芋（劑量1.5 g），12周結(jié)束時測試TG和葡萄糖水平?jīng)]有顯著作用，但觀察到TC顯著降低（-32.0±35.1）mg/dL，LDL-C水平降低（-28.7± 32.7）mg/dL。另一項研究是關(guān)于魔芋粉的結(jié)構(gòu)和魔芋晶體尺寸對肥胖大鼠的對比研究［11］。將魔芋進(jìn)行4 h處理，魔芋粉顆粒大小從657.3 μmol［d（50）］～23.7 μmol［d（50）］不等。魔芋粉顆粒膨脹速度快，促進(jìn)了抗肥胖效果的提高。與原生魔芋粉相比，磨碎的魔芋粉可以顯著降低營養(yǎng)性肥胖大鼠體重、脂肪總量、TG含量和葡萄糖的含量（P＜0.05）；對營養(yǎng)性肥胖大鼠HDL-C降低效果顯著（P＜0.05），這意味著魔芋粉的粒度效應(yīng)可顯著提高大鼠抗肥胖水平。從此研究中可以看出，魔芋顆粒的大小和時間對于降體重、減脂的作用效果可能是不一樣的。綜上所述，魔芋多糖既可降低血TC水平，降低LDL-C，提高HDL-C，也可降低TG水平。當(dāng)血脂達(dá)正常水平時，同時可起到調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、預(yù)防高脂血癥的作用。

2.2 對糖代謝的影響

魔芋多糖這種膳食纖維不容易被機(jī)體消化吸收，不含熱量，有飽腹感，且能減少和延緩葡萄糖的吸收，是糖尿病良好的輔助藥物。文獻(xiàn)研究了魔芋精粉對四氧嘧啶誘導(dǎo)糖尿病大鼠的降糖作用。補(bǔ)充魔芋多糖2周后，空腹血糖值顯著下降；4周后糖耐量能力明顯增強(qiáng)，但對血清胰島素的影響不大。病理切片提示胰島形態(tài)、結(jié)構(gòu)明顯修復(fù)［12］。Mao等［13］研究發(fā)現(xiàn)，魔芋多糖能降低正常動物的血糖以及糖尿病動物的血糖［14-15］。

2.3 魔芋多糖對改善胰島素抵抗的作用

胰島素抵抗（IR）是2型糖尿病患者血糖和脂質(zhì)代謝異常的重要誘因。因此，IR在2型糖尿病發(fā)生和發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用［16］。IR廣泛存在于2型糖尿病患者中，是一個危險因素。2型糖尿病會導(dǎo)致很多并發(fā)癥。增加胰島素的敏感性的方法包括：飲食，運(yùn)動和藥物（如二甲雙胍）等；研究證明這些方法均能有效地改善IR，保護(hù)β細(xì)胞和控制血糖［17］。據(jù)報道［18-19］，魔芋多糖可降低TC、血糖，加快腸蠕動促進(jìn)排泄，達(dá)到減肥的效果。研究表明，它還能顯著改善實驗大鼠和糖尿病患者的葡萄糖耐受水平［20］。

對于胰島素釋放多少目前研究說法尚不一致：研究首先發(fā)現(xiàn)了魔芋多糖不僅能改善IR和增加K值，降低空腹血糖、肝糖原和肌糖原，但它對胰島素的釋放沒有作用［15］。實驗結(jié)果說明，KGM可通過增加葡萄糖的非氧化途徑，改善胰島素敏感性，同時不依賴于胰島素的釋放［15］。魔芋作為一種膳食纖維近來受到人們關(guān)注，它具有減少糖尿病和糖尿病誘發(fā)心臟疾病的風(fēng)險。預(yù)計它有可能治療和改善處于糖尿病前期患者的糖代謝水平。為了檢驗這一假設(shè)，Vuksan等［21］通過補(bǔ)充高碳水化合物飲食與KGM，發(fā)現(xiàn)其對代謝水平與胰島素抵抗綜合征有改善作用。總的來說，魔芋多糖在改善胰島素水平、降血糖方面發(fā)揮重要的作用。

2.4 對抗癌及免疫功能的影響

粉碎的魔芋葡甘聚糖（PKGM）是從魔芋中提取的天然生物活性化合物。使用腸道免疫的惡唑酮（OXA）誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型。用PKGM改善OXA誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠，這種效應(yīng)與NK1.1+T細(xì)胞的Th1極化的免疫應(yīng)答和誘導(dǎo)下降有關(guān)［22］。

KGM對甲基硝基亞硝基胍誘發(fā)的小鼠肺癌可產(chǎn)生不同程度的抑制和預(yù)防作用［23］。魔芋精粉具有明顯的促進(jìn)小鼠免疫功能的作用，對胸腺指數(shù)和脾指數(shù)具有增高作用，對巨噬細(xì)胞合成和釋放白細(xì)胞介素-1（IL-1）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）有明顯促進(jìn)作用［24］。此外，對改善血清中TNF-α水平也有一定的促進(jìn)作用。因此，KGM可能被作為一種預(yù)防和治療腫瘤的免疫調(diào)節(jié)輔助性食品。

氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）是一種多糖類的氧化產(chǎn)物，從KGM中降解獲得。通過對Prenanti魚的飲食中添加不同劑量的OKGM，實驗結(jié)束后發(fā)現(xiàn)在Prenanti魚的飲食中增加OKGM，不僅促進(jìn)生長，還能提高機(jī)體免疫功能，其中包括紅細(xì)胞數(shù)、紅細(xì)胞的吞噬指數(shù)、嗜中性粒細(xì)胞數(shù)量、IgM抗體都顯著增加，而MDA降低，說明其抗氧化性也得到提高［25］。

2.5 對皮膚炎癥的影響

Onishi等［26］用KGM喂養(yǎng)NC/Nga小鼠抑制濕疹的發(fā)展。連續(xù)KGM喂養(yǎng)后，顯著抑制皮膚濕疹，皮膚過度增厚，皮膚肥大細(xì)胞增多癥和嗜酸粒細(xì)胞增多。同時KGM抑制皮膚過度產(chǎn)生的P物質(zhì)、IL-10、IL-4和TNF-α。因此KGM可以明顯抑制NC/Nga小鼠搔抓行為，并使NC/Nga小鼠皮膚炎性免疫反應(yīng)增強(qiáng)。研究的目的是通過使用KGM以及膠原蛋白的混合膜對皮膚創(chuàng)傷模型的作用，然后在不同的時間點(diǎn)觀察皮膚創(chuàng)傷的變化，取傷口的組織樣本，以進(jìn)行組織學(xué)檢查。該混合膜可以防止皮膚外傷的出血和感染。皮膚外傷使用混合膜處理后，呈現(xiàn)矩形結(jié)痂的跡象，觀察沒有明顯的免疫排斥反應(yīng)，說明膠原KGM的混合薄膜可以加快創(chuàng)傷皮膚的恢復(fù)［27］。

2.6 富硒魔芋在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的展望

魔芋多糖的減肥、降脂、降糖、潤腸通便、抗氧化、抗細(xì)胞老化、提高免疫力等方面作用已經(jīng)被很多研究證實。根據(jù)上述這些功能，分析其將在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用和意義。但目前其在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的國內(nèi)外相關(guān)研究和報道較少。國家體育總局運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所已將魔芋應(yīng)用在舉重項目中。如何在減重項目中讓運(yùn)動員快速減體重，減少饑餓感，增加飽腹感，并盡可能縮小減體重對機(jī)體和運(yùn)動能力產(chǎn)生的負(fù)面影響，有研究使用魔芋配制的減重食品觀察其降體重效果以及對身體能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①選取的60～90 kg的舉重運(yùn)動員在不限制飲食飲水情況下，通過服用魔芋食品3 d體重減輕2.45 kg。②運(yùn)動員不僅體重下降，體脂百分比下降0.22%。③減體重對90%極限強(qiáng)度的臥推至力竭的能力沒有明顯影響。提示以魔芋制成的減重食品可能成為舉重運(yùn)動員賽前快速減體重的重要營養(yǎng)補(bǔ)劑之一［28］。魔芋多糖具有飽腹感、降糖、降脂、通便作用的可能機(jī)制：①糞便中膽酸（CDCA+GDCA）增加，CDCA的增幅比GDCA更顯著，這可能是降低TC作用的機(jī)制之一［29］。②魔芋吸水后體積膨漲系數(shù)很大，能充盈胃腸道產(chǎn)生飽腹感，減少多余食物攝取，從而使人體避免攝入過多的熱量。③魔芋多糖分子量高、吸水性強(qiáng)、黏性大，在胃中吸水成為具有黏性的纖維素，能增加食物的黏度，延長食物在胃腔內(nèi)滯留時間，并覆蓋在腸黏膜的表面形成擴(kuò)散屏障，使葡萄糖和膽固醇等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收減少，排出增多［30］。因此，魔芋多糖可能成為運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中重要的營養(yǎng)補(bǔ)劑。

3 小結(jié)

當(dāng)今，肥胖、胰島素抵抗、非酒精性脂肪肝、糖尿病等代謝性綜合征已經(jīng)成為人類的慢性殺手。大量的人體實驗和動物實驗從細(xì)胞及分子水平不斷證實：魔芋提取物具有減脂、降糖、降低胰島素抵抗等效果。臨床大量實驗也證明其安全性。因此，從魔芋的生物學(xué)功能及目前的研究結(jié)果可以看出，其對競技體育的科學(xué)訓(xùn)練具有積極的促進(jìn)作用，也可能成為有前景的運(yùn)動專項營養(yǎng)補(bǔ)劑候選藥物。同時，在大眾人群健身、日常減脂、減重、胰島素抵抗和早期糖尿病的運(yùn)動處方中，魔芋多糖都將發(fā)揮其重要作用。

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The biological function of konjac polysaccharide and its research progress in sports medicine

RUAN Ling LIU Qin
Department of Physical Education,Ankang University,Shaanxi Province,Ankang 725000,China

In this paper,a large number of domestic and foreign research data for researches in recent years are collected to sort out konjac polysaccharide.At present,most researches on the biological function are on the concentration of human and animal experiments,without cell experiments.The main biological functions of konjac polysaccharide include:lipid-lowering,hypoglycemic,promote immune function and prevent cell lipid peroxidation,against skin inflammatory cytokines such as multiple effects.According to a lot of data and experimental researches,combined with its functionality,this paper looks forward to the application of konjac polysaccharide in the sports medical field.

Konjac polysaccharide;Biological function;Lipid metabolism;Exercise

R917

A

1673-7210(2015)01(b)-0156-04

2014-09-30本文編輯：張瑜杰）

陜西省體育局常規(guī)課題（編號14004）；安康學(xué)院高層次人才項目（編號2014AYQDZR02）。

阮凌（1983-），女，陜西安康人，博士；研究方向：運(yùn)動醫(yī)學(xué)及運(yùn)動生理學(xué)。