司景梅，劉 靜

(呂梁學院 體育系，山西 呂梁 033000)

西瓜汁作為一種潛在功能性飲料在緩解運動員肌肉酸痛中的作用

司景梅，劉 靜

(呂梁學院 體育系，山西 呂梁 033000)

通過實驗，探討西瓜汁作為一種潛在功能性飲料在緩解運動員肌肉酸疼中的作用。用普通天然西瓜汁、高溫處理的西瓜汁及作為對照的L-瓜氨酸標準品，利用人源腸Caco-2細胞單層模型，對L-瓜氨酸的轉運過程進行體外研究。結果發(fā)現(xiàn)，L-瓜氨酸作為西瓜汁的成分且沒有經過高溫處理的條件下，其生物利用度較高。在體內進行實驗時，給7名運動員分別提供普通天然西瓜汁、增強L-瓜氨酸的西瓜汁和安慰劑。結果表明，普通天然西瓜汁和增強L-瓜氨酸的西瓜汁均具有縮短運動者運動后心率恢復時間及緩解運動后肌肉酸痛的功效；普通西瓜汁飲料更具有生物藥效，更利于身體吸收。西瓜汁作為一種潛在功能性飲料有待開發(fā)應用。

西瓜汁；生物利用率；運動員；肌肉酸痛

L-瓜氨酸是一種非蛋白氨基酸，它僅僅被看作是鳥氨酸循環(huán)過程的中間產物。所以，L-瓜氨酸很少引起營養(yǎng)學界的興趣。但是，瓜氨酸能與人體內的酶產生化學反應，轉變成對人體循環(huán)和免疫系統(tǒng)有益的精氨酸，精氨酸能促進生成NO，幫助放松血管。

研究發(fā)現(xiàn)，天然食物中除了西瓜之外，幾乎都缺少L-瓜氨酸[1]。作為一種主要的自由基清除劑，L-瓜氨酸可以使野生西瓜抵擋因干旱導致的氧化應激。這些抗氧化特征，加上產生NO的能力，使其在應對以氧化應激和精氨酸利用率降低為特征的病理情況時(如高血壓、心力衰竭、動脈粥樣硬化、鐮刀型紅細胞貧血癥等[2-4])成為一種首選物質。由于能夠促進機體NO的合成增加以及骨骼肌中的葡萄糖轉運水平的提高，所以，補充L-瓜氨酸還有助于運動員運動能力的提高[5]。研究發(fā)現(xiàn)，補充瓜氨酸蘋果酸可以提高機體中對肌肉生長起重要作用的精氨酸和鳥氨酸的水平，除此之外，還可以影響生長激素的水平[6]。例如，給成年鼠飼喂1周富含L-瓜氨酸(每天5 g/kg)的食物后，會引起大鼠骨骼肌肌肉蛋白質合成速率與蛋白質的增加[7]；富含L-瓜氨酸的膳食還有助于平滑肌的放松[8]。另據研究發(fā)現(xiàn)，每天服用8 g瓜氨酸蘋果酸能夠增強運動員的無氧能力，并且緩解運動員的肌肉酸痛；L-瓜氨酸也可以加快乳酸的清除，提高身體活動能力[9]。也就是說，L-瓜氨酸可以促進機體運動后恢復，并能在此基礎上繼續(xù)進行更高強度的訓練。

如今，食品工業(yè)正在研究天然的功能性產品，這些功能性產品的食物來源富含生物活性化合物，可以作為藥物產品的替代品。西瓜汁富含L-瓜氨酸，對于希望提高運動能力的運動員來說是一個極好選擇。然而，選擇這種果汁的先決條件應是L-瓜氨酸作為果汁成分在經過加工處理后(比如加熱)的生物利用度?？梢岳萌嗽唇Y腸腺癌細胞系Caco-2細胞單層模型評定其生物利用度，此方法已被用來檢測多種營養(yǎng)素(藥物)的生物利用度。

本研究的目的是測定標準合成的L-瓜氨酸或普通天然西瓜汁(經高溫消毒處理或未經高溫消毒處理 )中的L-瓜氨酸在體外的生物利用度。并用最大攝氧量功率自行車實驗確定西瓜汁在體內實驗中對運動者運動表現(xiàn)的潛在影響作用。

1 研究材料、實驗對象和方法

1.1 材料

1.1.1 細胞

Caco-2細胞株(HTB-37)，購自于美國ATCC(American Type culture collection，馬納薩斯，弗吉尼亞，美國)，儲存在冷凍液氮細胞培養(yǎng)物中。

1.1.2 藥品及主要試劑

非必需氨基酸(NEAA)；胎牛血清；抗生素溶液。丙酮酸鈉胰蛋白酶溶液EDTA；含有Ca2+不含Mg2+的Hanks鹽(SBSS)；不含石炭酸紅的Hanks鹽；標準L-瓜氨酸。

1.2 實驗對象

北京體育大學運動訓練專業(yè)的本科男大學生7名。平均年齡22.7±0.8歲；平均體重68.9±3.8 kg；平均身高170.8±3.6 cm；平均體重指數24.0±0.6。實驗前對所有實驗對象詳細介紹本研究的目的和方法，并簽署志愿者協(xié)議。實驗前完成有關個人心血管病史的問卷調查；肺功能和靜息血壓檢測；測定基線心電圖和安靜狀態(tài)下的肺活量。這些測定數據作為被試的納入標準。本研究的7個研究對象測試參數正常，均符合納入標準。這些研究對象近期內無服用影響運動表現(xiàn)的藥物或受過影響運動表現(xiàn)的傷病。

1.3 方法

1.3.1 西瓜汁的制備

10個大的無籽西瓜，運送到實驗室后，用100 mg/L的次氯酸鈉清洗，并用吸水紙擦干后在10 ℃條件下保存。漿液化果肉，分為普通天然西瓜汁(未經任何處理，NW)和經高溫處理的西瓜汁(在80 ℃下加熱消毒40 s后立在冰上冷卻至8 ℃，PW)，然后轉移到無菌容器中，4 ℃條件下儲存，直至實驗(2天后)。西瓜汁加熱消毒的溫度和時間要確保使其盡可能保持原有的番茄紅素、抗氧化劑、酚類化合物的含量以及色澤。

1.3.2 細胞培養(yǎng)

從液氮罐中取出Caco-2細胞，將其放入水浴鍋中，在37 ℃條件下加速解凍。將細胞轉移到一個25 cm2、含有細胞培養(yǎng)基(達爾伯克改良伊格爾培養(yǎng)基)的燒瓶中，并在溫度為37 ℃、CO2濃度為5%、相對濕度為95%的條件下培養(yǎng)21天，直到細胞達到最高分化水平。黏附在燒瓶上的細胞生長到覆蓋燒瓶表面，形成單層細胞。培養(yǎng)基每2—3天更換一次。當細胞融合后，進行胰蛋白酶消化與細胞懸浮液稀釋。在細胞培養(yǎng)基中將細胞稀釋，濃度為5×105個/cm2。

1.3.3 Caco-2細胞中L-瓜氨酸的吸收速度，表觀滲透率

通過比較瓜氨酸起始的量和最終的量(細胞轉運后)來計算其吸收量，以瓜氨酸每秒鐘通過聚碳酸酯板的量(ng)來表示吸收速度。

Caco-2單細胞層的通透系數用下面的公式來計算：

Papp(cm/s)=dQ/dt×1/ACo

Papp表示表觀通透系數(cm/s)，dQ/dt代表L-瓜氨酸的轉運速率(μg/s)，A是單細胞層生長表面積(cm2)，Co是頂端L-瓜氨酸的起始濃度(μg/ml)。

1.3.4 實驗室功率自行車遞增負荷實驗

根據功率自行車遞增負荷實驗的特點，在初始負荷不變的情況下，方案特征由每級遞增強度和遞增頻率兩個因素決定，結合國內外相關文獻，設計雙因素雙水平實驗方案如下：起始負荷100 W，遞增強度50 W，遞增頻率1 min。遞增負荷實驗在北京體育大學心肺機能實驗室進行。測試前三天進行高糖飲食(9-10 g/kg)，測試進行前24 h要求被試不能進行劇烈的身體運動、飲酒和飲用含有刺激劑的飲料。被試在運動前1 h隨機分配并飲用西瓜汁飲品。實驗分3次進行，每次試驗之間間隔5天。即第一次7名均飲用EW進行試驗，間隔5天后再進行NW試驗，以此類推。每次重復檢測都在監(jiān)督下完成。

實驗步驟：

(1)將上述遞增負荷實驗方案輸入計算機。將功率自行車與計算機連接好，調試到可正常使用狀態(tài)。

(2)錄入運動員的基本信息，如姓名、年齡、身高、體重。佩戴POLAR表，測定安靜心率，采取指端血用于測定安靜狀態(tài)下血乳酸。

(3)調整功率車高度到適合運動員使用。運動員熱身15 min，負荷強度為1.5 W/kg。

(4)熱身結束后，待心率恢復到安靜水平，開始試驗。要求運動員按照功率車輸出的負荷，以不低于60轉/min的蹬踏頻率盡全力騎行，直至力竭時停止試驗，試驗期間一直鼓勵運動員盡力堅持。

(5)實驗結束后即刻、12 h、24 h、36 h、48 h分別采集指端血樣測試乳酸。

西瓜汁飲料：①普通天然西瓜汁(NW)；②增強L-瓜氨酸的西瓜汁(等量普通天然西瓜汁中再加入4.83 g的L-瓜氨酸，EW)；③安慰劑對照組(薔薇果、木槿、博士茶、蘋果漿、天然香料、草莓片等水果味植物浸漬液)。安慰劑對照樣品與西瓜汁顏色上相似，糖濃度相當。各處理成分見表1。為了盡量減少任何預期對結果造成的影響，參與者對不同的處理結果的潛在作用不知情。

表1 L-瓜氨酸的含量和理化特性

注：糖含量為葡萄糖、果糖與蔗糖的總量；光度(CIE L*)；色相(tan-1(b*/a*))；色度((a*)2+(b*)2)。

用Borg表估算主觀體力感覺等級。并在運動結束后24 h和48 h，根據如下所述從1—5等級范圍報告自己的肌肉酸痛情況：沒有酸脹感(1)，對立即訓練沒有影響的微弱酸脹感(2)，對立即訓練有微弱影響的中等酸痛感(3)，對立即訓練具有不利影響的高度酸痛感(4)，對立即訓練可能造成運動損傷的極度酸痛感(5)。

2 統(tǒng)計分析

用Shapiro-Wilk正態(tài)檢驗確定體內實驗獲得的數據的分布，使用非參數檢驗來進行統(tǒng)計分析。使用弗里德曼方差分析比較體外實驗中獲得的數據。統(tǒng)計分析使用spss15.0統(tǒng)計軟件包，數據用平均值±標準差表示。統(tǒng)計顯著性為P<0.05。

3 結果

3.1 L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的吸收率

與標準L-瓜氨酸相比，普通天然西瓜汁與經過高溫消毒處理的西瓜汁中L-瓜氨酸在4 min時吸收率均較高，普通天然西瓜汁中L-瓜氨酸的吸收率最高，且在8 min時，表現(xiàn)出更高的吸收率，差異具有非常顯著性；隨著時間的延長，標準L-瓜氨酸、普通天然西瓜汁與經過高溫消毒的西瓜汁中L-瓜氨酸的吸收率均降低(表2)。

表2 Caco-2細胞模型對L-瓜氨酸的吸收率

注：與對照組相比，*：P<0.05，**：P<0.01；與PW相比，&：P<0.05，&&：P<0.01；Control(L-瓜氨酸+水)；NW(天然未消毒西瓜汁)；PW(消毒的西瓜汁)。

3.2 Caco-2細胞對L-瓜氨酸的吸收速度

普通天然西瓜汁以及經過高溫消毒處理的西瓜汁中L-瓜氨酸吸收速度在4 min、8 min、15 min時均高于作為標準對照的L-瓜氨酸，差異具有非常顯著性；普通天然西瓜汁中的L-瓜氨酸在三個時間點的吸收速度均高于經過高溫處理的西瓜汁，差異具有非常顯著性(表3)。

表3 Caco-2細胞對L-瓜氨酸的吸收速度

注：與對照組相比，*：P<0.05，**：P<0.01；與PW相比，&：P<0.05，&&：P<0.01；Control(L-瓜氨酸+水)；NW(天然未消毒西瓜汁)；PW(消毒的西瓜汁)。

3.3 L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的滲透性

表4 L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的滲透性

注：與對照組相比，*：P<0.05，**：P<0.01；與PW相比，&：P<0.05，&&：P<0.01；Control(L-瓜氨酸+水)；NW(天然未消毒西瓜汁)；PW(消毒的西瓜汁)。

4 min、8 min時，普通天然西瓜汁和經過高溫消毒處理的西瓜汁中L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的滲透性高于標準對照的L-瓜氨酸，差異具有非常顯著性；4 min、8 min、15 min時，普通天然西瓜汁中L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的滲透性均高于經過高溫處理的西瓜汁中L-瓜氨酸，差異具有非常顯著性；但隨著時間的延長，L-瓜氨酸在Caco-2細胞中的滲透性均顯著降低(表4)。

3.4 運動開始時、運動結束后及恢復期1 min、3 min的心率

在整個測試過程中，攝入普通天然西瓜汁、增強L-瓜氨酸的西瓜汁與安慰劑的測試者心率變化相似，可見測試者心率變化與飲料類型無關。最初平均心率為106次/min，運動期間增加到了170次/min?；謴? min和3 min后，心率降到了148次/min和138次/min。盡管沒有觀察到顯著性差異，但攝入天然西瓜汁和增強L-瓜氨酸的西瓜汁后，心率具有較快下降的趨勢。

表5 運動開始時、運動結束后及恢復期1 min、3 min的心率 次/min

3.5 試驗結束后24 h、48 h運動員主觀體力感覺和肌肉酸痛感

運動后，無論是攝入普通天然西瓜汁、增強L-瓜氨酸的西瓜汁還是安慰劑，研究對象的主觀體力感覺等級均在18.75和19.33之間，差異不具有顯著性(表6)。

表6 運動試驗24 h、48 h后運動員主觀體力感覺和肌肉酸痛感

注：PE：主觀體力感覺；MS：肌肉酸痛；與安慰劑組相比，*：P<0.05，**：P<0.01。

在運動后24 h，攝入安慰劑的實驗對象肌肉組織明顯更酸痛。然而，攝入普通天然西瓜汁和增強L-瓜氨酸的西瓜汁的實驗對象之間的差異無統(tǒng)計學意義。48 h后，即使是攝入安慰劑的實驗對象，肌肉酸痛度也降到了1，與攝入普通天然西瓜汁和增強L-瓜氨酸的西瓜汁的實驗對象相比，差異無統(tǒng)計學意義。

3.6 運動結束后即刻、12 h、24 h、36 h、48 h的血乳酸濃度

運動結束后即刻，不同組別之間血乳酸濃度差異無統(tǒng)計學意義。 12 h、24 h后，與安慰劑組相比較，普通天然西瓜汁組與增強L-瓜氨酸的西瓜汁組血乳酸濃度顯著降低，差異具有非常顯著性；36 h、48 h后，不同組之間血液乳酸濃度差異無統(tǒng)計學意義(表7)。

表7 運動后即刻、12 h、24 h、36 h、48 h的血乳酸濃度 mmol/L

注：與安慰劑組相比，*：P<0.05，**：P<0.01；與EW相比，&：P<0.05，&&：P<0.01。

4 分析討論

研究表明，加工處理和生物利用率之間的關系依賴于生物活性物質和食物基質[10]。加熱處理(90 ℃/30 s)顯著降低不同飲料中維生素E和類胡蘿卜素的生物有效性；加熱處理可以使氨基酸(如L-瓜氨酸)與食物基質中已有的其他化合物(如糖)發(fā)生反應，從而形成難以利用的衍生物，最常見的例子是生成美拉德反應產物，降低了吸收率[11]。據報道，賴氨酸中也有類似的反應，當一種食物或飼料經加熱處理后，已有的賴氨酸會形成營養(yǎng)上無法利用的衍生物[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)，野生豌豆從110 ℃加熱到165 ℃時可獲得的賴氨酸量下降了73%[14]。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，普通天然西瓜汁中的L-瓜氨酸和作為標準對照的L-瓜氨酸在最初的4 min吸收率最高；普通天然西瓜汁中的L-瓜氨酸吸收率高于作為標準對照的L-瓜氨酸和經過高溫處理的西瓜汁中的L-瓜氨酸。表明與純標準的L-瓜氨酸(藥理配方)相比，西瓜汁是L-瓜氨酸生物有效度和轉運的一種更適宜的載體；高溫(80 ℃/40 s)處理降低了相同食物基質中L-瓜氨酸的吸收速率。

生物有效性研究中需要了解的一個重要參數是化合物的吸收速度，較快的吸收速度避免了與其他化合物的競爭，增加了有關功能性化合物的有益效應。本研究結果表明，普通天然西瓜汁吸收速率大于對照或高溫處理的西瓜汁的吸收速率。但隨著時間的延長，吸收速率逐漸降低，15 min時吸收速率最低；與高溫處理后的西瓜汁和對照對比，普通天然的西瓜汁中瓜氨酸表現(xiàn)出較高的細胞滲透性。這表明L-瓜氨酸作為普通天然西瓜汁基質的成分在經高溫處理后生物有效性下降，普通天然西瓜汁中L-瓜氨酸的生物有效較高。

劇烈運動后局部肌肉疼痛是一種常見現(xiàn)象，尤其是在不經常鍛煉的人身上更易發(fā)生，其主要原因是：在劇烈運動時肌肉糖酵解加強，乳酸生成速度加快，導致肌肉和血液乳酸濃度快速增加，肌肉和血液pH值迅速下降[15]。研究表明，補充瓜氨酸可以緩解疲勞，刺激肝內尿素生成，促進腎對碳酸氫鹽的重吸收[16]。這些代謝過程對酸中毒和氨的毒害有保護作用，說明了瓜氨酸蘋果酸酯的抗疲勞特性；另據研究發(fā)現(xiàn)，攝取瓜氨酸蘋果酸酯，運動期間ATP氧化產生速率增加34%，運動后磷酸肌酸的恢復速率增加20%[17]；補充瓜氨酸可以延長游泳運動到極限的時間，而且這種影響效應包括抑制血氨的積累；補充氨基酸可以提高運動表現(xiàn)，并且可以實現(xiàn)疲勞的盡快恢復[18]；健康老鼠飲食中添加瓜氨酸蘋果酸酯具有增加機能的效應，且肌肉收縮效率提高[19]。也就是說，對于進行高強度運動的個體來說，補充瓜氨酸是非常有用的。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，在運動后24 h，較西瓜汁組，安慰劑組肌肉組織明顯更酸痛。然而，普通天然西瓜汁和加強L-瓜氨酸的西瓜汁之間并無差別，表明1.17g的L-瓜氨酸是幫助研究對象減緩肌肉酸疼的足夠氨基酸。

本研究并沒有發(fā)現(xiàn)不同飲料攝入對運動員踏車轉速和主觀體力感覺產生顯著的影響，但攝入普通天然西瓜汁和加強L-瓜氨酸的西瓜汁后，運動員在運動后恢復期1 min和3 min時，心率具有較快的下降趨勢。表明西瓜汁中的L-瓜氨酸可以縮短運動員的體力恢復時間。

綜上，本研究證明了西瓜汁中富含的天然L-瓜氨酸的可能“功能”。本研究表明：當L-瓜氨酸存在于天然基質中(如未經處理的普通天然西瓜汁)時，具有較高的生物有效性，有助于緩解肌肉酸痛。未來的研究應當關注瓜氨酸在緩解肌肉酸痛時所需要的最低濃度以及瓜氨酸的其他健康益處(比如緩解壓力、提高運動能力以及預防心血管疾病等方面)。這種氨基酸可以西瓜汁的形式提供或者從西瓜中提取富含瓜氨酸的產品。在食品工業(yè)研發(fā)新的天然的功能性產品代替醫(yī)藥工業(yè)合成的化合物的過程中，水果和蔬菜中的功能性化合物的含量起著關鍵的作用。

5 結語

西瓜汁具有縮短運動者運動后心率恢復時間以及緩解肌肉酸痛的功能；普通西瓜汁飲料更具有生物藥效，更利于身體吸收；西瓜汁作為一種潛在功能性飲料有待進一步開發(fā)應用。

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The Role of Watermelon Juice as a Potential Functional Drink in Athletes’ Muscle Soreness Relief

SI Jing-mei, LIU Jing

(Department of Physical Education, Lvliang University, Lvliang 033000, China)

This study investigates the role of watermelon juice as a potential functional drink in relieving athletes’ muscle soreness by experiment. Human intestinal Caco-2 cell monolayer model is applied to make an in vitro study about the operation process of L-coralline using common natural watermelon juice，pasteurized watermelon juice and a standard of L-coralline as control sample. The results show that bioavailability of L-coralline as ingredient of watermelon without pasteurization is greater. In the in vivo experiment，seven athletes are supplied with natural watermelon juice，L-coralline enriched watermelon juice，and placebo. The results show that both natural watermelon juice and L-coralline enriched watermelon juice watermelon juices have the function of reducing the recovery duration of heart rate and relieve muscle soreness after exercise. Natural watermelon juice has bigger biological effect，and it is easier to absorb. Watermelon juice as a potential functional drink could be valuable in future development and application.

watermelon juice; bioavailability; athletes; muscle soreness

2016-08-14

司景梅(1986-)，女，山西呂梁人，助教，碩士，研究方向為體育教育訓練學。

劉 靜(1982-)，男，山西呂梁人，講師，碩士，研究方向為體育教育訓練學。

G804.7 < class="emphasis_bold">文獻標志碼：A

A

1008-3596(2017)01-0060-07