螺旋藻的補充對運動能力的影響
熊正英,李峰
(陜西師范大學體育學院暨運動生物學研究所,陜西西安 710062)
摘 要:螺旋藻是藍藻門的一種海藻,通常所說的螺旋藻指形體較大的純頂螺旋藻(Sirulina platensis) 和巨人螺旋藻(Spirulina maxima) 。它含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、多種維生素和微量元素,具有抗氧化、抗衰老、抗疲勞、降血脂、增強免疫力、增強記憶、提高運動能力等多種功效。本綜述通過對螺旋藻的營養(yǎng)價值評價及其對有關運動指標的影響,從而認識螺旋藻的補充對運動能力的促進作用,為開發(fā)運動員營養(yǎng)補劑提供一定的理論科學依據(jù)。
The Influence of Algae Supplement on Sports Ability
XIONG Zheng-ying，LI Feng
(Shanxi Normal University ,Xipan ,710062 ,China)
Abstract：The Spirulina ( SP) is a kind of algal of cyanophyta , SP is Spirulina Platensis and Spirulina Maxinca. Itcontains aboundant protein ,amino acid ,much candies ,many kinds of vitamin and trace element . It has antioxidant ,antiageing ,resisting tired ,lowing fat of blood , strengthens immunity and memory ,improves sports ability,etc. This article makes a survey about the influence of SP to the ability of sports and can offer certain scientific theory basis for the development of athlete nutritional pharmaceutical.
Keywords：spirulina；supplement；ability of sports
螺旋藻營養(yǎng)價值豐富,含有人體所需的多種營養(yǎng)素,聯(lián)合國糧農(nóng)組織( FAO) 和世界衛(wèi)生組織(WHO) 的專家認為螺旋藻是21 世紀理想的食品,我國已將螺旋藻列為“七五”和“八五”推廣項目。科學地補充螺旋藻將對運動能力的提高、延緩運動性疲勞及促進疲勞恢復有一定的促進作用。
1 螺旋藻的營養(yǎng)價值
螺旋藻是至今為止世界上最豐富、最全面的天然食物[1] 。幾乎含有人體所需的全部營養(yǎng)素,被近代科學譽為“微型營養(yǎng)庫”,其蛋白質(zhì)含量高達60 %～70 % ,可以說是目前各種食物中最高的。動物試驗表明螺旋藻的功效比可達2.2～2.6 ,是標準蛋白質(zhì)的74 %～78 %;凈蛋白利用率為53 %～61 % ,是標準酪蛋白的85 %～92 % ,其消化率也高達75 % ,生物學價值為68 % ,它的必須氨基酸模式全面、平衡，符合FAO(聯(lián)合國糧農(nóng)組織) 蛋白質(zhì)咨詢組織確定模式。螺旋藻維生素含量也高,尤其是具有抗氧化作用的胡蘿卜素、維生素E 和維生素C含量高;此外,螺旋藻還含有普通食物所罕見的?；撬峒靶玛惔x酶;螺旋藻的礦物質(zhì)和微量元素含量豐富,相對于一般的陸生植物來說其硒的含量尤其高;另外螺旋藻屬于低脂食品,總脂含量約為蛋白質(zhì)的10 % ,但其脂肪組成以不飽和脂肪酸為主,尤其必需脂肪酸含量豐富;螺旋藻含碳水化合物約為13 %～15 % ,含有機體所需的多種糖類,在運動中可以迅速分解,為機體提供能量。
2 螺旋藻的營養(yǎng)補充對運動能力的影響
2. 1 螺旋藻對耐力的影響
體能是人體對體力活動和運動的適應能力[2] ,機體的耐力取決于能量代謝的調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)過程、酸堿平衡等因素,就能量供應物質(zhì)而言,肌糖原的含量、脂肪酸的氧化速率對機體的耐力水平有著重要的影響。另外,螺旋藻含有豐富的天門冬氨基酸,具有直接的抗疲勞作用。
2. 1. 1 螺旋藻中的糖原對耐力的影響
肌肉活動主要靠肌肉細胞ATP 迅速分解提供能量,而ATP 的補充主要靠糖原、葡萄糖的無氧酵解生成乳酸的過程中釋放能量和有氧情況下線粒體內(nèi)糖、脂肪酸及氨基酸氧化分解時產(chǎn)生能量合成,另外一部分靠肌肉中的CP 分解合成。因為機體運動主要靠糖原酵解來獲取能量,當糖原被大量消耗時機體的運動能力就會降低。在消耗肌糖原的同時從血液中攝取血糖,而血糖可以由肝糖原分解加以補充以維持血糖水平,一旦肌糖原、肝糖原大量被消耗,則血糖下降可導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)供能不足,從而導致全身性疲勞的發(fā)生,使運動能力下降。有實驗表明[ 3 ] ,在小鼠的飼料中加入一定量的螺旋藻可以增加肌糖原的儲備量,從而為機體提供更多的能量,具有增進體能、增加耐力的作用。
2. 1. 2 螺旋藻中脂肪組成對耐力的影響
機體在進行長時間耐力運動時,尤其是在進行60 %最大攝氧量運動的后期,主要靠脂肪的氧化功能。螺旋藻的脂肪酸組成主要以不飽和脂肪酸為主,尤其是必需脂肪酸含量高。有實驗表明,服用螺旋藻可延緩運動性疲勞的發(fā)生,使運動后血紅蛋白不易下降。上世紀70 年代墨西哥和古巴運動員都服用螺旋藻,證明對增強體質(zhì)和恢復體力,提高耐力有很好的效果;另據(jù)報道[4] ,海藻淀粉硫酸酯能降低飼用高脂大鼠血液凝固性,促進血液循環(huán),從而使機體獲得更多的氧氣,保證運動時機體供氧的充足。
2. 2 螺旋藻的抗疲勞作用
機體的疲勞受許多因素的影響,其中肌糖原耗竭、乳酸堆積、自由基損傷等是導致運動性疲勞的重要因素。
2. 2. 1 螺旋藻對乳酸的影響
乳酸在功能體系中占有重要的地位,它是糖酵解供能系統(tǒng)的終產(chǎn)物,又是有氧代謝功能體系的重要氧化基質(zhì),還可在肝內(nèi)經(jīng)糖異生途徑轉(zhuǎn)化為糖,但乳酸過多對機體的酸堿平衡的影響又成為負面效應,導致疲勞的發(fā)生。其含量的變化可說明在無氧條件下體內(nèi)糖酵解的程度,是評價機體疲勞常用的生化指標。有人通過研究高溫下螺旋藻對小鼠血乳酸的影響實驗得出[3] , 飼料添加0.5 %螺旋藻+ 0.1 %L- Asp +0.3 %L-Tyr 和單純添加2.5 %螺旋藻都能明顯降低血乳酸的生成量,增加有氧代謝能力。另外螺旋藻作為一種堿性食品,有中和疲勞狀態(tài)下酸性體制的作用和保持人體健康的弱堿性體質(zhì),從而達到抗疲勞的目的。
2. 2. 2 螺旋藻對糖原含量的影響
糖原是機體能量供應的主要物質(zhì),肌糖原耗竭在很大程度上將會導致疲勞的發(fā)生,降低運動能力。螺旋藻所含碳水化合物為13 %～16 % ,其中包含機體運動所需的多種糖類,這些糖類易于消化吸收,且只需極少量胰島素參與,所以使用螺旋藻不加重胰島素的負擔,可迅速地為人體提供糖原作為能量需要,從而具有提高體能、抗疲勞作用。實驗表明,小鼠食用螺旋藻31d 后,實驗組的肝糖原含量比對照組增加了3倍,肌糖原增加了18 % ,說明螺旋藻具有提高機體糖原儲備、抗疲勞的作用。
2. 2. 3 螺旋藻對自由基代謝的影響
自由基指那些最外層電子軌道上不配對的電子的原子、離子或分子。自由基有多種,如氧化自由基,羥自由基等。在正常生理條件下體內(nèi)自由基保持一種低濃度平衡狀態(tài)。運動作為一種生理應激,使機體骨骼肌產(chǎn)生的自由基已被許多實驗所證明[5 ,6] ,自由基的異常增多引起肌細胞傷害,使骨骼肌受損,進而影響運動能力?？寡趸到y(tǒng)中重要的抗氧化酶是SOD 和GSH - Px ,它們阻斷了自由基鏈式反應,從而可防止自由基對細胞及亞細胞器如線立體的損傷[7] ,而研究表明[8],在研究螺旋藻對運動小鼠自由基代謝的影響發(fā)現(xiàn),螺旋藻及其復方能明顯提高運動小鼠紅細胞SOD 活性和降低紅細胞丙二醛(MDA) 的含量,提示螺旋藻可通過提高SOD 等抗氧化酶活性,清除氧自由基,減輕氧自由基及其引發(fā)的脂質(zhì)過氧化物質(zhì)對紅細膜結(jié)構(gòu)的損傷,從而達到保護細胞的目的。另外有研究表明[8] ,服用螺旋藻31 d 后,實驗小鼠游泳到衰竭的時間比對照組增加了2 h ,說明螺旋藻具有明顯的抗疲勞作用。
2. 2. 4 螺旋藻對血尿素的影響
血尿素是評定運動員機能狀態(tài)的重要指標,血尿素含量的變化可說明體內(nèi)含氮物質(zhì)分解代謝的情況,與運動負荷量關系較負荷強度密切。通過測定運動員在長時間運動時尿素的生成和恢復期的變化,對了解運動時蛋白質(zhì)和氨基酸的供能及恢復時的代謝情況有重要意義。羅海吉等通過對高溫條件下螺旋藻對小鼠血尿素的研究證明[3] ,添加螺旋藻的實驗組血尿素含量明顯低于非添加組,說明一定量的螺旋藻能降低機體內(nèi)含氮物質(zhì)的分解,從而增加機體負荷耐受能力,具有良好的抗疲勞作用。
3 螺旋藻對運動員的健康保護作用
3. 1 螺旋藻對機體免疫功能的影響
螺旋藻能提高巨噬細胞的吞噬功能,促進淋巴細胞的轉(zhuǎn)化,增加淋巴細胞的數(shù)目,增強其活性;能增加胸腺和脾臟重量;螺旋藻能促進血清蛋白合成,提高血清溶血素的含量;螺旋藻多糖能解除由免疫抑制劑引起的動物胸腺、脾臟萎縮、T淋巴細胞減少和血清蛋白溶血素降低等癥狀。藻蘭蛋白是一種捕光色素復合蛋白,含量很高,約占干重的20 %左右。有研究表明,藻蘭蛋白能提高淋巴細胞的活性,通過淋巴系統(tǒng)提高機體免疫功能,全面增強機體防病、抗病能力[ 9 ]。
有學者通過制備富硒藻蘭蛋白而注射小鼠得出[10],富硒藻蘭蛋白在實驗劑量范圍內(nèi)離體實驗可提高淋巴細胞的轉(zhuǎn)化率,在體實驗可提高機體細胞免疫和體液免疫功能。另外,海藻多糖硫酸酯是天然的類肝素物質(zhì),能夠提高人體免疫力,具有抗腫瘤的功效[1]。β-胡蘿卜素是有效的自由基清除劑之一,它在螺旋藻內(nèi)的含量為200～400 mg/ 100 g ,近年來研究發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素在體內(nèi)具有明顯的抗氧化和提高機體免疫力的作用,它通過粹滅單線態(tài)氧和其活性氧形式,促進免疫功能的增強,主要表現(xiàn)在其能保護吞噬細胞免受自身的氧化損傷,促進T、B淋巴細胞的增殖,增強T 細胞的功能,促進某些白介素的產(chǎn)生。
3. 2 螺旋藻的抗氧化作用
細胞膜是細胞內(nèi)部與外部進行物質(zhì)交換的場所,細胞膜的完整性保證了物質(zhì)交換的正常進行,若細胞膜被氧化則會造成物質(zhì)交換受阻,細胞內(nèi)含物外流對紅細胞來講會出現(xiàn)溶血,而藻蘭蛋白對機體SOD 酶活性有提高作用,對機體的SOD和GSH-Px 活性都有顯著提高,特別是對肝臟GSP -Px 具有明顯的保護作用。SOD和GSH-Px 活性升高將對保護細胞膜、防止氧化有很好的保護作用。
3. 3 防止缺鐵性貧血
缺鐵性貧血( IOA) 是最常見的營養(yǎng)缺乏癥之一,而運動性貧血的實質(zhì)即是缺鐵性貧血,對于運動員來說,缺鐵性貧血將會很大程度上影響比賽成績。鐵制劑和鐵劑強化食品常用來防止缺鐵性貧血,但鐵劑對胃腸道刺激大,吸收利用率低,而螺旋藻為天然食物,蛋白質(zhì)含量高,還含有豐富的鐵質(zhì)和維生素[11]。其中鐵質(zhì)是以鐵蛋白的形式存在,最易消化吸收,另一方面螺旋藻色素的化學結(jié)構(gòu)為卟啉環(huán),與人體血色素形態(tài)基本相同,不難想象,螺旋藻所含豐富的鐵質(zhì)、卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)的色素和優(yōu)質(zhì)高蛋白,正是構(gòu)成血紅蛋白的3 大要素,經(jīng)吸收后只要機體造血系統(tǒng)功能正常,則運動機體會迅速地得到大量新生血紅蛋白的補充,從而防止缺鐵性貧血的發(fā)生。據(jù)報道,用螺旋藻防止營養(yǎng)性貧血效果顯著[12] 。梁江明等用低鐵飲食復制缺鐵性貧血模之后,用螺旋藻進行恢復試驗表明,服用一定含量的螺旋藻能加快對缺鐵性貧血的恢復速度,促進鐵的吸收,使血漿蛋白升高[24] ,另外有實驗表明[13] ,以純種大鼠復制缺鐵性貧血模型,隨后用硫酸亞鐵30 mg/ kg 和3 種不同劑量的螺旋藻摻入飼料中喂養(yǎng)觀察,結(jié)果顯示,3 種劑量螺旋藻喂養(yǎng)組血紅蛋白、紅細胞計數(shù)、細胞壓積和血清蛋白均明顯上升,其中飼料含螺旋藻組8 %以上的2 組療效水平與硫酸亞鐵治療對照組相同,而體質(zhì)量恢復較佳。螺旋藻能提高運動大鼠和失血小鼠紅細胞和血紅蛋白濃度,提高紅細胞鈉- 鉀ATP 酶的活性,降低紅細胞的滲透脆性,減緩紅細胞破壞,有效糾正運動性貧血[ 14 ,15 ] 。
3. 4 保護骨骼肌、防止損傷
力竭運動可使肌體骨骼肌線立體脂質(zhì)過氧化物反應加強,氧自由基生成增多,抗氧化酶SOD 活性下降,造成骨骼肌功能和結(jié)構(gòu)損傷。而黃立新[16]通過觀察螺旋藻對大鼠力竭運動后自由基代謝及肌肉損傷標志酶的影響發(fā)現(xiàn),螺旋藻能使力竭運動后骨骼肌線立體自由基生成量減少,抗氧化酶活性增強,使血清中肌肉損傷標志酶水平降低,顯示螺旋藻對運動性骨骼肌損傷有顯著的保護作用,是較為理想的的運動營養(yǎng)補劑。
3. 5 對紅細胞及血紅蛋白的影響
紅細胞形態(tài)的變化,一方面影響其攜氧機能,導致運動能力下降,另一方面也會影響其變形能力,導致微循環(huán)損傷。而血紅蛋白是紅細胞載氧和二氧化碳的重要載體,其含量的變化將會在很大程度上影響紅細胞的攜氧能力,是運動性疲勞發(fā)生的重要因素之一,并且紅細胞形態(tài)變化還會影響其流變
性,易在網(wǎng)狀組織內(nèi)皮系統(tǒng)滯留而被破壞,嚴重者出現(xiàn)血管內(nèi)溶血,導致運動性疲勞的發(fā)生,故尋找有效的方法抵抗大強度訓練所致的紅細胞損傷意義重大。朱梅菊[17]等通過實驗研究螺旋藻對小鼠紅細胞形態(tài)的影響得出,在大強度訓練導致機體紅細胞形態(tài)異常的情況下,螺旋藻及其復方可明顯降低大強度訓練小鼠紅細胞的畸形率,從而具有明顯的保護紅細胞的作用。另外,還有實驗表明[18] ,給運動員口服螺旋藻膠囊后可提高血液中血紅蛋白的含量,并且一定劑量的螺旋藻對大鼠心臟人工失血造成的血紅蛋白下降有明顯的保護作用。
3. 6 降低心血管疾病的發(fā)生
臨床試驗表明,螺旋藻具有降低血清膽固醇的作用[ 19] 。李向紅[20 ]等通過研究螺旋藻對攝食高脂大鼠血脂水平的影響試驗得出,螺旋藻能降低飼用高脂飼料大鼠血清中的甘油三脂( TG) 和血清膽固醇( TC) 的作用,表明螺旋藻對高脂飼料誘導血清中TC 和TG的升高具有抑制作用。另外螺旋藻中含有豐富的亞油酸和λ- 亞麻酸,這些物質(zhì)具有良好的降血脂、降膽固醇、減少血液粘稠度、改善組織血液循環(huán)、保持血管彈性、防止動脈硬化和心血管疾病的功效。另外,有報道證實,維生素E 能降低血清膽因醇值,防止動脈硬化的發(fā)生、發(fā)展的作用[ 21 ] 。此外,螺旋藻中富含多種人體所需的微量元素如銅、硒等,這在降脂機制中可能也有一定的作用。
4 小結(jié)與展望
蛋白質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量是衡量食品質(zhì)量的主要指標之一,討論螺旋藻的營養(yǎng)價值和開發(fā)應用價值,最主要的還是螺旋藻的蛋白質(zhì),螺旋藻作為一種含優(yōu)質(zhì)高蛋白的全然營養(yǎng)物質(zhì),其氨基酸種類齊全,尤其是必須氨基酸豐富,易于被機體消化吸收,促進機體生長,有效地增強體質(zhì)[ 22 ]。對于運動員來說,如何提高機體耐力,消除疲勞是取得良好運動成績的關鍵。研究得出[ 23 ] ,增加VB1、VB2 和Vc 的供給可提高神經(jīng)系統(tǒng)在運動過程中的靈敏性和耐久性,使運動成績提高,不良狀況得到改善;另外,螺旋藻所含豐富的無機鹽、微量元素,能保持運動員水鹽代謝的平衡,防止體液偏酸或延緩運動性疲勞的發(fā)生。導致運動性疲勞的重要因素是糖原耗竭和乳酸的生成,螺旋藻作為一種均衡營養(yǎng)的堿性食品,其含有豐富的礦物質(zhì)可以堿化酸性血液,以中和體內(nèi)過多的乳酸,達到抗疲勞的目的,另外螺旋藻中豐富的天門冬氨酸,具有直接的抗疲勞的作用。另外螺旋藻中富含多種人體所需的微量元素如銅、硒等,且比例適當[2] ,這在降脂機制中可能也有一定的作用[ 24 ,25 ]。但螺旋藻的降血脂作用是否與其所含的上述成分有關,仍尚需進一步探討。螺旋藻具有明顯的抗氧化及糾正自由基代謝失衡的作用[ 23 ] ,對骨骼肌線粒體有明顯的保護作用,作為運動員補劑極具開發(fā)價值。
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