紅景天運(yùn)動(dòng)食品研發(fā)及其抗高原運(yùn)動(dòng)疲勞研究

尤偉

（西京學(xué)院，陜西西安710123）

紅景天運(yùn)動(dòng)食品研發(fā)及其抗高原運(yùn)動(dòng)疲勞研究

尤偉

（西京學(xué)院，陜西西安710123）

采用紅景天為原料，制備一種富含紅景天提取物的運(yùn)動(dòng)食品，預(yù)防并緩解高原運(yùn)動(dòng)性疲勞。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌細(xì)胞中抗疲勞相關(guān)的細(xì)胞通路均被激活，其相關(guān)蛋白的表達(dá)水平均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），證實(shí)紅景天提取物在細(xì)胞水平表現(xiàn)出抗疲勞功效；人類自愿者高原運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)證實(shí)，試驗(yàn)組運(yùn)動(dòng)相關(guān)指標(biāo)和疲勞相關(guān)生化指標(biāo)均顯著高于對(duì)照組人員（P＜0.05），并且未發(fā)生任何不良反應(yīng)事件。證實(shí)紅景天運(yùn)動(dòng)食品具有有效的抗高原疲勞功效，具有一定應(yīng)用價(jià)值。

紅景天提取物；高原運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)食品；細(xì)胞模型

在高原進(jìn)行劇烈的體育運(yùn)動(dòng)，可導(dǎo)致自由基在人體心臟、肌肉等重要器官的細(xì)胞內(nèi)迅速增加堆積，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過度氧化，持續(xù)降低線粒體的機(jī)能和膜活性，出現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能明顯下降，產(chǎn)生高原運(yùn)動(dòng)疲勞現(xiàn)象[1]。研究指出，補(bǔ)充具有增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力的功效食品，可以達(dá)到恢復(fù)肌肉功能，緩解高原運(yùn)動(dòng)疲勞的目的[2-3]。紅景天為多年生草本植物，具有“高原人參”之稱，主要分布在海拔3 000m的高原地區(qū)[4]。由于生長(zhǎng)地帶常年嚴(yán)寒缺氧，紅景天具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和生命力，因此其組成上含有其他植物不具有的活性物質(zhì)[5]。經(jīng)過現(xiàn)代生物技術(shù)研究，已經(jīng)明確指出紅景天中具有紅景天苷、揮發(fā)油和多糖等多種活性物質(zhì)，可以顯著提高人體的緩解疲勞、耐缺氧和抗寒能力[6]。我國(guó)紅景天資源豐富，種類達(dá)到80多種，占世界紅景天資源的90%以上，具有開發(fā)紅景天運(yùn)動(dòng)食品的先決條件[7]。本試驗(yàn)采用青海紅景天為原料，提取其活性物質(zhì)，并以此為原料制備一種運(yùn)動(dòng)食品，分別建立細(xì)胞模型和人體高原運(yùn)動(dòng)模型，觀察這種運(yùn)動(dòng)食品對(duì)細(xì)胞模型和人類自愿者的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

青海紅景天：購買自當(dāng)?shù)刂嗅t(yī)藥；支鏈氨基酸、谷氨酰胺：購買自北京康比特；白砂糖、酸味劑、維生素C、食用色素：購買自當(dāng)?shù)厥称诽砑觿┙?jīng)銷商店；純凈水：購買自娃哈哈集團(tuán)。

1.2 主要試劑與儀器

1.2.1 試劑

Western blot檢測(cè)用GLUT4、NOS、GSK-3β、mTOR、IGF-1、β-actin單克隆抗體：購買自Proteintech；組蛋白去乙?；窫LISA檢測(cè)試劑盒：購買自武漢博士德；丙二醛、活性氧、超氧化物歧化酶（SOD）、總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽過氧化物酶、睪酮、皮質(zhì)醇、乳酸二乙酰肟試劑盒等：購買自南京建成生物工程研究所；其余試劑均為進(jìn)口分析純。

1.2.2 儀器

UniGel Dxl8000全自動(dòng)免疫分析系統(tǒng)：美國(guó)貝克曼庫爾特；Western blot分析系統(tǒng)：北京君意東方；311氣套式二氧化碳培養(yǎng)箱：美國(guó)Thermo；SD-15無菌操作臺(tái)：蘇州安泰；HT酶標(biāo)儀：美國(guó)synergy；血乳酸快速檢測(cè)儀：日本ARKRAY；CX23顯微鏡：奧林巴斯。

1.3 紅景天運(yùn)動(dòng)食品的制備

1.3.1 紅景天提取物制備

稱取一定量的新鮮紅景天進(jìn)行充分干燥，粉碎后過篩（60目）除雜，采用乙醇（95%）溶解。采用閃式提取法進(jìn)行紅景天提取物的制備，具體制備流程如下：按照物料比1∶20（g/mL）向紅景天粉中加入蒸餾水，采用150 V電壓提取35 s，重復(fù)操作3次。提取結(jié)束后小心過濾去除雜質(zhì)，采用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)結(jié)合真空冷凍干燥的方法制得紅景天提取物干粉。將干粉重新溶解后，進(jìn)行柱層析純化。經(jīng)過HPLC檢測(cè)后證實(shí)提取物中紅景天提取物純度達(dá)到99.54%以上，其中紅景天苷含量分別達(dá)到74.52mg/g。

1.3.2 紅景天提取物運(yùn)動(dòng)食品的制備

參考目前市售產(chǎn)品和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拈_發(fā)出一種紅景天運(yùn)動(dòng)食品，具體配方包括紅景天提取物、支鏈氨基酸、谷氨酰胺、白砂糖、酸味劑、維生素C、食用色素和純凈水。具體含量如下：每份運(yùn)動(dòng)食品（30mL）中含有紅景天提取物50mg，支鏈氨基酸100mg、谷氨酰胺100mg、白砂糖0.5mg、酸味劑50 mg、維生素C 10mg、食用色素2mg，分別調(diào)整運(yùn)動(dòng)食品的色澤、風(fēng)味和口感至滿意狀態(tài)。

1.4 小鼠骨骼肌細(xì)胞的分離與培養(yǎng)

雄性SPF級(jí)成年昆明小鼠，體重（21±1）g，由沈陽浩盛實(shí)驗(yàn)動(dòng)物公司提供。無菌環(huán)境分離小鼠骨骼肌，采用酶消化法分離得到小鼠骨骼肌細(xì)胞，經(jīng)形態(tài)學(xué)檢測(cè)純度達(dá)到95%以上，并無污染現(xiàn)象，符合實(shí)驗(yàn)要求。在37℃的CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)、換液直至實(shí)驗(yàn)開始。

1.5 自愿者的選擇

試驗(yàn)對(duì)象選擇高原地區(qū)某高校體育系學(xué)生40名，男女比例1∶1，年齡為（22±1.33）歲，經(jīng)過體檢證實(shí)身體均為健康狀態(tài)，無任何疾病，入選實(shí)驗(yàn)后簽署知情同意書。將40名自愿者隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，每組20人，每組男女比例1∶1。

1.6 實(shí)驗(yàn)方法

1.6.1 細(xì)胞檢測(cè)

調(diào)整細(xì)胞濃度至1×108個(gè)/mL，鋪制6孔板共6板，分別設(shè)為實(shí)驗(yàn)組（3板）和對(duì)照組（3板）。向?qū)嶒?yàn)組細(xì)胞培養(yǎng)板中加入紅景天提取物（根據(jù)口服液含量添加），向?qū)φ战M中加入無菌生理鹽水，作用2 h后，分別消化離心收集細(xì)胞，提取總蛋白，分別采用Western blot檢測(cè)AMPK信號(hào)通路中的調(diào)控因子GLUT4、NOS和GSK-3β和PI3K/PKB/mTOR信號(hào)通路中的mTOR和IGF-1的表達(dá)水平，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的數(shù)據(jù)比較。

1.6.2 人類自愿者高原運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

兩組實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)開始前7天來的海拔1500m以上的高原地區(qū)進(jìn)行適應(yīng)訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)組人員開始連續(xù)服用紅景天運(yùn)動(dòng)食品，而對(duì)照組人員開始服用味道、顏色相似的食品，對(duì)照食品中不含有任何紅景天提取物。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)天清晨空腹采集靜脈血，測(cè)定靜脈血中的丙二醛、SOD、T-AOC、組蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、乳酸、睪酮、皮質(zhì)醇的含量。采血后休息2 h，開始高原運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)具體方法如下：兩組自愿者均進(jìn)行漸增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，使用器械為心臟功量腳踏車，功率從10W開始，每5min遞增10W，遞增至力竭后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)兩組運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括運(yùn)動(dòng)時(shí)間，運(yùn)動(dòng)距離，最大功率，平均功率等，并再次采集靜脈血進(jìn)行丙二醛、活性氧、SOD、T-AOC、組蛋白去乙?；?、谷胱甘肽過氧化物酶、乳酸、睪酮、皮質(zhì)醇和敏感性脂肪酶的含量檢測(cè)。在實(shí)驗(yàn)期間，嚴(yán)密觀察兩組運(yùn)動(dòng)員的身體狀態(tài)，如發(fā)生任何不良反應(yīng)事件，采取積極手段救治。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析均采用spss18.0，計(jì)量資料進(jìn)行采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)胞通路檢測(cè)

細(xì)胞模型可以快速敏感的反應(yīng)抗疲勞效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，與內(nèi)參β-actin比較，實(shí)驗(yàn)組GLUT4、NOS、GSK-3β、mTOR、IGF-15項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），證實(shí)在食品中使用的紅景天提取物濃度在細(xì)胞水平上表現(xiàn)出明確的抗疲勞效果。

2.2 運(yùn)動(dòng)員高原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估

人體在高原持續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以直接反應(yīng)人體的疲勞狀態(tài)結(jié)果見表1。

圖1 疲勞蛋白表達(dá)水平檢測(cè)Fig.1 Detect protein expression of fatigue

表1 人體高原運(yùn)動(dòng)指標(biāo)（±s）Table1 Thehuman body plateau sport indicators（±s）

表1 人體高原運(yùn)動(dòng)指標(biāo)（±s）Table1 Thehuman body plateau sport indicators（±s）

注：*表示P＜0.05差異顯著。

平均心率/（次/min）實(shí)驗(yàn)組44.52± 1.22*組別運(yùn)動(dòng)時(shí)間/min運(yùn)動(dòng)距離/km最大功率/W平均功率（X）/W最大心率/（次/min）139.41± 5.25 125.54± 2.55對(duì)照組35.61± 1.42 24.67± 0.14 110±5 56.50± 2.55*171.52± 14.55 21.15± 0.21 90±5 41.20± 2.35 184.43± 18.56

如表1所示，實(shí)驗(yàn)組人員在運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)最大功率、運(yùn)動(dòng)平均功率、最大心率和平均心率上均優(yōu)于對(duì)照組人員，其中運(yùn)動(dòng)時(shí)間和平均功率顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），證實(shí)人體在服用運(yùn)動(dòng)食品后，可以提高抗高原運(yùn)動(dòng)疲勞的能力。

2.3 人體生化指標(biāo)檢測(cè)

人體生化指標(biāo)可以正確的反應(yīng)人體的疲勞程度，生化指標(biāo)檢測(cè)如表2所示。

表2 人體生化指標(biāo)檢測(cè)（±s）Table2 Dection of thehuman body biochem ical indicator（±s）

表2 人體生化指標(biāo)檢測(cè)（±s）Table2 Dection of thehuman body biochem ical indicator（±s）

注：*表示P＜0.05差異顯著。

組別實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組丙二醛/（nmol/mg）2.64±0.14*1.52±0.18 SOD/（ng/mL）32.65±10.24*55.12±8.11 T-AOC/（ng/mL）7.25±0.23*3.17±0.71組蛋白去乙酰化酶/（ng/mL）5.11±0.13*2.57±0.21谷胱甘肽過氧化物酶/（ng/mL）6.42±0.13*3.54±0.19乳酸/（mmol/L）11.24±0.23 14.52±0.28睪酮/（nmol/L）23.54±0.23 19.23±0.41皮質(zhì)醇/（nmol/L）255.32±21.25*187.42±14.29

實(shí)驗(yàn)組人員各項(xiàng)疲勞相關(guān)的生化指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照組人員，其中丙二醛、SOD、T-AOC、組蛋白去乙酰化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、皮質(zhì)醇顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05），再次證實(shí)制備的紅景天運(yùn)動(dòng)食品可以有效改善人體的高原運(yùn)動(dòng)疲勞狀態(tài)，提高運(yùn)動(dòng)能力。

2.4 安全性分析

參與實(shí)驗(yàn)的人類自愿者均未發(fā)生任何不良反應(yīng)事件，證明整個(gè)過程安全有效。

3 討論

紅景天主要分布在高原地區(qū)的巖石隙縫、林緣草地和林下灌木中，對(duì)于惡劣復(fù)雜的環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。根據(jù)我國(guó)古代中醫(yī)典籍記載，紅景天具有抗逆境、抗衰老、扶正固本、滋補(bǔ)強(qiáng)壯的功效。通過提取其活性成分并進(jìn)行小鼠實(shí)驗(yàn)，證實(shí)紅景天苷、甙、酮類具有拮抗心肌、大腦缺氧環(huán)境的作用，可以通過減少氧耗量和動(dòng)脈氧分壓，達(dá)到對(duì)心、肺、脾、肝的保護(hù)作用[8]。超微結(jié)構(gòu)研究指出，紅景天提取物可以對(duì)心乳頭肌的線粒體和肌纖維表現(xiàn)出明顯的保護(hù)作用[9]。模擬高原運(yùn)動(dòng)研究指出，紅景天提取物可以明顯延長(zhǎng)小鼠的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間[10]。

高原運(yùn)動(dòng)發(fā)展快速，相關(guān)功能性食品的需求也應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，以紅景天為原料的功能性食品具有廣闊的發(fā)展空間[11]。在本研究中以紅景天提取物為基礎(chǔ)，開發(fā)一種具有緩解高原運(yùn)動(dòng)疲勞，維持人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能的運(yùn)動(dòng)食品。通過細(xì)胞模型和人類自愿者模型分析這種食品的功能性，在疲勞相關(guān)的細(xì)胞通路蛋白檢測(cè)上，證實(shí)采用的紅景天提取物濃度可以顯著激活抗疲勞細(xì)胞通路。在人類實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組人員的高原運(yùn)動(dòng)能力得到顯著改善，運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)最大功率、運(yùn)動(dòng)平均功率、最大心率和平均心率五項(xiàng)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)均顯著優(yōu)于對(duì)照組人員，丙二醛、SOD、T-AOC、組蛋白去乙?；浮⒐入赘孰倪^氧化物酶、乳酸、睪酮、皮質(zhì)醇多項(xiàng)生理指標(biāo)均可以顯著優(yōu)于對(duì)照組人員。通過以上實(shí)驗(yàn)，證實(shí)研發(fā)的紅景天運(yùn)動(dòng)食品具有顯著的抗高原運(yùn)動(dòng)疲勞作用，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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Research on Development of Rhodiola Sport Food and the Effect of Antifatigue of Plateau Sport

YOUWei
（Xijing University，Xi′an 710123，Shaanxi，China）

Rhodiola was used as raWmaterial to prepare a diet rich in rhodiola extract，which was applied to preventand relieve the fatigue of plateau sport.The results showed that the anti-fatigue related cellular pathwayswere activatedinmouse skeletalmuscle cells，and theexpression of related proteinswassignificantly higher than thatin the controlgroup（P＜0.05）.Itwasconfirmed that theextractof rhodiolahad obviousanti-altitude exercise fatigue effectat the cellular level.Human volunteers plateaumotion experiments confirmed that the exercise-related indexes and fatigue-related biochemical indexes in the experimental group were significantly higher than those in the controlgroup（P＜0.05），and no adverse eventswere observed.These results showed that rhodiolawaseffective in anti-plateau fatigueand had certain application value.

rhodiolaextract；plateau exercise；sport food；cellmodel

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.037

2016-12-09

尤偉（1977—），男（漢），講師，本科，研究方向：體育教學(xué)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)。