尤偉

（西京學(xué)院，陜西西安710123）

紅景天運動食品研發(fā)及其抗高原運動疲勞研究

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動食品，預(yù)防并緩解高原運動性疲勞。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)蛋白的表達水平均顯著高于對照組（P＜0.05），證實紅景天提取物在細(xì)胞水平表現(xiàn)出抗疲勞功效；人類自愿者高原運動試驗證實，試驗組運動相關(guān)指標(biāo)和疲勞相關(guān)生化指標(biāo)均顯著高于對照組人員（P＜0.05），并且未發(fā)生任何不良反應(yīng)事件。證實紅景天運動食品具有有效的抗高原疲勞功效，具有一定應(yīng)用價值。

紅景天提取物；高原運動；運動食品；細(xì)胞模型

在高原進行劇烈的體育運動，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)降低線粒體的機能和膜活性，出現(xiàn)人體運動機能明顯下降，產(chǎn)生高原運動疲勞現(xiàn)象[1]。研究指出，補充具有增強機體抗氧化能力的功效食品，可以達到恢復(fù)肌肉功能，緩解高原運動疲勞的目的[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]。由于生長地帶常年嚴(yán)寒缺氧，紅景天具有較強的環(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]。我國紅景天資源豐富，種類達到80多種，占世界紅景天資源的90%以上，具有開發(fā)紅景天運動食品的先決條件[7]。本試驗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動食品，分別建立細(xì)胞模型和人體高原運動模型，觀察這種運動食品對細(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。

1.2 主要試劑與儀器

1.2.1 試劑

Western blot檢測用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；其余試劑均為進口分析純。

1.2.2 儀器

UniGel Dxl8000全自動免疫分析系統(tǒng)：美國貝克曼庫爾特；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Thermo；SD-15無菌操作臺：蘇州安泰；HT酶標(biāo)儀：美國synergy；血乳酸快速檢測儀：日本ARKRAY；CX23顯微鏡：奧林巴斯。

1.3 紅景天運動食品的制備

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，進行柱層析純化。經(jīng)過HPLC檢測后證實提取物中紅景天提取物純度達到99.54%以上，其中紅景天苷含量分別達到74.52mg/g。

1.3.2 紅景天提取物運動食品的制備

參考目前市售產(chǎn)品和相關(guān)文獻報道，根據(jù)試驗?zāi)康拈_發(fā)出一種紅景天運動食品，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：每份運動食品（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)整運動食品的色澤、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級成年昆明小鼠，體重（21±1）g，由沈陽浩盛實驗動物公司提供。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)檢測純度達到95%以上，并無污染現(xiàn)象，符合實驗要求。在37℃的CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)、換液直至實驗開始。

1.5 自愿者的選擇

試驗對象選擇高原地區(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)過體檢證實身體均為健康狀態(tài)，無任何疾病，入選實驗后簽署知情同意書。將40名自愿者隨機分成實驗組和對照組，每組20人，每組男女比例1∶1。

1.6 實驗方法

1.6.1 細(xì)胞檢測

調(diào)整細(xì)胞濃度至1×108個/mL，鋪制6孔板共6板，分別設(shè)為實驗組（3板）和對照組（3板）。向?qū)嶒灲M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AMPK信號通路中的調(diào)控因子GLUT4、NOS和GSK-3β和PI3K/PKB/mTOR信號通路中的mTOR和IGF-1的表達水平，并進行實驗組和對照組的數(shù)據(jù)比較。

1.6.2 人類自愿者高原運動實驗

兩組實驗人員在實驗開始前7天來的海拔1500m以上的高原地區(qū)進行適應(yīng)訓(xùn)練，實驗組人員開始連續(xù)服用紅景天運動食品，而對照組人員開始服用味道、顏色相似的食品，對照食品中不含有任何紅景天提取物。在實驗當(dāng)天清晨空腹采集靜脈血，測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，開始高原運動實驗。實驗具體方法如下：兩組自愿者均進行漸增負(fù)荷運動訓(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)束實驗。實驗結(jié)束后統(tǒng)計兩組運動員運動數(shù)據(jù)，包括運動時間，運動距離，最大功率，平均功率等，并再次采集靜脈血進行丙二醛、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。在實驗期間，嚴(yán)密觀察兩組運動員的身體狀態(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)計與分析

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均采用spss18.0，計量資料進行采用t檢驗，計數(shù)資料采用x2檢驗，P＜0.05為差異顯著，具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)胞通路檢測

細(xì)胞模型可以快速敏感的反應(yīng)抗疲勞效果，實驗結(jié)果如圖1所示，與內(nèi)參β-actin比較，實驗組GLUT4、NOS、GSK-3β、mTOR、IGF-15項指標(biāo)均顯著高于對照組（P＜0.05），證實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 運動員高原運動狀態(tài)評估

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

圖1 疲勞蛋白表達水平檢測Fig.1 Detect protein expression of fatigue

表1 人體高原運動指標(biāo)（±s）Table1 Thehuman body plateau sport indicators（±s）

表1 人體高原運動指標(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）實驗組44.52± 1.22*組別運動時間/min運動距離/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，實驗組人員在運動時間、運動距離、運動最大功率、運動平均功率、最大心率和平均心率上均優(yōu)于對照組人員，其中運動時間和平均功率顯著高于對照組（P＜0.05），證實人體在服用運動食品后，可以提高抗高原運動疲勞的能力。

2.3 人體生化指標(biāo)檢測

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)檢測如表2所示。

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

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

注：*表示P＜0.05差異顯著。

組別實驗組對照組丙二醛/（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?；?（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

實驗組人員各項疲勞相關(guān)的生化指標(biāo)均優(yōu)于對照組人員，其中丙二醛、SOD、T-AOC、組蛋白去乙?；?、谷胱甘肽過氧化物酶、皮質(zhì)醇顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05），再次證實制備的紅景天運動食品可以有效改善人體的高原運動疲勞狀態(tài)，提高運動能力。

2.4 安全性分析

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

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，對于惡劣復(fù)雜的環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。根據(jù)我國古代中醫(yī)典籍記載，紅景天具有抗逆境、抗衰老、扶正固本、滋補強壯的功效。通過提取其活性成分并進行小鼠實驗，證實紅景天苷、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脈氧分壓，達到對心、肺、脾、肝的保護作用[8]。超微結(jié)構(gòu)研究指出，紅景天提取物可以對心乳頭肌的線粒體和肌纖維表現(xiàn)出明顯的保護作用[9]。模擬高原運動研究指出，紅景天提取物可以明顯延長小鼠的運動時間和生產(chǎn)時間[10]。

高原運動發(fā)展快速，相關(guān)功能性食品的需求也應(yīng)運而生。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動疲勞，維持人體運動機能的運動食品。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)胞通路蛋白檢測上，證實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。在人類實驗中，實驗組人員的高原運動能力得到顯著改善，運動時間、運動距離、運動最大功率、運動平均功率、最大心率和平均心率五項運動指標(biāo)均顯著優(yōu)于對照組人員，丙二醛、SOD、T-AOC、組蛋白去乙?；?、谷胱甘肽過氧化物酶、乳酸、睪酮、皮質(zhì)醇多項生理指標(biāo)均可以顯著優(yōu)于對照組人員。通過以上實驗，證實研發(fā)的紅景天運動食品具有顯著的抗高原運動疲勞作用，具有重要的實際應(yīng)用價值。

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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)，運動訓(xùn)練，運動營養(yǎng)。