螺旋藻的补充对运动能力的影响
熊正英,李峰
(陕西师范大学体育学院暨运动生物学研究所,陕西西安 710062)
摘 要:螺旋藻是蓝藻门的一种海藻,通常所说的螺旋藻指形体较大的纯顶螺旋藻(Sirulina platensis) 和巨人螺旋藻(Spirulina maxima) 。它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、多种维生素和微量元素,具有抗氧化、抗衰老、抗疲劳、降血脂、增强免疫力、增强记忆、提高运动能力等多种功效。本综述通过对螺旋藻的营养价值评价及其对有关运动指标的影响,从而认识螺旋藻的补充对运动能力的促进作用,为开发运动员营养补剂提供一定的理论科学依据。
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
螺旋藻营养价值丰富,含有人体所需的多种营养素,联合国粮农组织( FAO) 和世界卫生组织(WHO) 的专家认为螺旋藻是21 世纪理想的食品,我国已将螺旋藻列为“七五”和“八五”推广项目。科学地补充螺旋藻将对运动能力的提高、延缓运动性疲劳及促进疲劳恢复有一定的促进作用。
1 螺旋藻的营养价值
螺旋藻是至今为止世界上最丰富、最全面的天然食物[1] 。几乎含有人体所需的全部营养素,被近代科学誉为“微型营养库”,其蛋白质含量高达60 %～70 % ,可以说是目前各种食物中最高的。动物试验表明螺旋藻的功效比可达2.2～2.6 ,是标准蛋白质的74 %～78 %;净蛋白利用率为53 %～61 % ,是标准酪蛋白的85 %～92 % ,其消化率也高达75 % ,生物学价值为68 % ,它的必须氨基酸模式全面、平衡，符合FAO(联合国粮农组织) 蛋白质咨询组织确定模式。螺旋藻维生素含量也高,尤其是具有抗氧化作用的胡萝卜素、维生素E 和维生素C含量高;此外,螺旋藻还含有普通食物所罕见的牛磺酸及新陈代谢酶;螺旋藻的矿物质和微量元素含量丰富,相对于一般的陆生植物来说其硒的含量尤其高;另外螺旋藻属于低脂食品,总脂含量约为蛋白质的10 % ,但其脂肪组成以不饱和脂肪酸为主,尤其必需脂肪酸含量丰富;螺旋藻含碳水化合物约为13 %～15 % ,含有机体所需的多种糖类,在运动中可以迅速分解,为机体提供能量。
2 螺旋藻的营养补充对运动能力的影响
2. 1 螺旋藻对耐力的影响
体能是人体对体力活动和运动的适应能力[2] ,机体的耐力取决于能量代谢的调节和协调过程、酸碱平衡等因素,就能量供应物质而言,肌糖原的含量、脂肪酸的氧化速率对机体的耐力水平有着重要的影响。另外,螺旋藻含有丰富的天门冬氨基酸,具有直接的抗疲劳作用。
2. 1. 1 螺旋藻中的糖原对耐力的影响
肌肉活动主要靠肌肉细胞ATP 迅速分解提供能量,而ATP 的补充主要靠糖原、葡萄糖的无氧酵解生成乳酸的过程中释放能量和有氧情况下线粒体内糖、脂肪酸及氨基酸氧化分解时产生能量合成,另外一部分靠肌肉中的CP 分解合成。因为机体运动主要靠糖原酵解来获取能量,当糖原被大量消耗时机体的运动能力就会降低。在消耗肌糖原的同时从血液中摄取血糖,而血糖可以由肝糖原分解加以补充以维持血糖水平,一旦肌糖原、肝糖原大量被消耗,则血糖下降可导致中枢神经系统供能不足,从而导致全身性疲劳的发生,使运动能力下降。有实验表明[ 3 ] ,在小鼠的饲料中加入一定量的螺旋藻可以增加肌糖原的储备量,从而为机体提供更多的能量,具有增进体能、增加耐力的作用。
2. 1. 2 螺旋藻中脂肪组成对耐力的影响
机体在进行长时间耐力运动时,尤其是在进行60 %最大摄氧量运动的后期,主要靠脂肪的氧化功能。螺旋藻的脂肪酸组成主要以不饱和脂肪酸为主,尤其是必需脂肪酸含量高。有实验表明,服用螺旋藻可延缓运动性疲劳的发生,使运动后血红蛋白不易下降。上世纪70 年代墨西哥和古巴运动员都服用螺旋藻,证明对增强体质和恢复体力,提高耐力有很好的效果;另据报道[4] ,海藻淀粉硫酸酯能降低饲用高脂大鼠血液凝固性,促进血液循环,从而使机体获得更多的氧气,保证运动时机体供氧的充足。
2. 2 螺旋藻的抗疲劳作用
机体的疲劳受许多因素的影响,其中肌糖原耗竭、乳酸堆积、自由基损伤等是导致运动性疲劳的重要因素。
2. 2. 1 螺旋藻对乳酸的影响
乳酸在功能体系中占有重要的地位,它是糖酵解供能系统的终产物,又是有氧代谢功能体系的重要氧化基质,还可在肝内经糖异生途径转化为糖,但乳酸过多对机体的酸碱平衡的影响又成为负面效应,导致疲劳的发生。其含量的变化可说明在无氧条件下体内糖酵解的程度,是评价机体疲劳常用的生化指标。有人通过研究高温下螺旋藻对小鼠血乳酸的影响实验得出[3] , 饲料添加0.5 %螺旋藻+ 0.1 %L- Asp +0.3 %L-Tyr 和单纯添加2.5 %螺旋藻都能明显降低血乳酸的生成量,增加有氧代谢能力。另外螺旋藻作为一种碱性食品,有中和疲劳状态下酸性体制的作用和保持人体健康的弱碱性体质,从而达到抗疲劳的目的。
2. 2. 2 螺旋藻对糖原含量的影响
糖原是机体能量供应的主要物质,肌糖原耗竭在很大程度上将会导致疲劳的发生,降低运动能力。螺旋藻所含碳水化合物为13 %～16 % ,其中包含机体运动所需的多种糖类,这些糖类易于消化吸收,且只需极少量胰岛素参与,所以使用螺旋藻不加重胰岛素的负担,可迅速地为人体提供糖原作为能量需要,从而具有提高体能、抗疲劳作用。实验表明,小鼠食用螺旋藻31d 后,实验组的肝糖原含量比对照组增加了3倍,肌糖原增加了18 % ,说明螺旋藻具有提高机体糖原储备、抗疲劳的作用。
2. 2. 3 螺旋藻对自由基代谢的影响
自由基指那些最外层电子轨道上不配对的电子的原子、离子或分子。自由基有多种,如氧化自由基,羟自由基等。在正常生理条件下体内自由基保持一种低浓度平衡状态。运动作为一种生理应激,使机体骨骼肌产生的自由基已被许多实验所证明[5 ,6] ,自由基的异常增多引起肌细胞伤害,使骨骼肌受损,进而影响运动能力。抗氧化系统中重要的抗氧化酶是SOD 和GSH - Px ,它们阻断了自由基链式反应,从而可防止自由基对细胞及亚细胞器如线立体的损伤[7] ,而研究表明[8],在研究螺旋藻对运动小鼠自由基代谢的影响发现,螺旋藻及其复方能明显提高运动小鼠红细胞SOD 活性和降低红细胞丙二醛(MDA) 的含量,提示螺旋藻可通过提高SOD 等抗氧化酶活性,清除氧自由基,减轻氧自由基及其引发的脂质过氧化物质对红细膜结构的损伤,从而达到保护细胞的目的。另外有研究表明[8] ,服用螺旋藻31 d 后,实验小鼠游泳到衰竭的时间比对照组增加了2 h ,说明螺旋藻具有明显的抗疲劳作用。
2. 2. 4 螺旋藻对血尿素的影响
血尿素是评定运动员机能状态的重要指标,血尿素含量的变化可说明体内含氮物质分解代谢的情况,与运动负荷量关系较负荷强度密切。通过测定运动员在长时间运动时尿素的生成和恢复期的变化,对了解运动时蛋白质和氨基酸的供能及恢复时的代谢情况有重要意义。罗海吉等通过对高温条件下螺旋藻对小鼠血尿素的研究证明[3] ,添加螺旋藻的实验组血尿素含量明显低于非添加组,说明一定量的螺旋藻能降低机体内含氮物质的分解,从而增加机体负荷耐受能力,具有良好的抗疲劳作用。
3 螺旋藻对运动员的健康保护作用
3. 1 螺旋藻对机体免疫功能的影响
螺旋藻能提高巨噬细胞的吞噬功能,促进淋巴细胞的转化,增加淋巴细胞的数目,增强其活性;能增加胸腺和脾脏重量;螺旋藻能促进血清蛋白合成,提高血清溶血素的含量;螺旋藻多糖能解除由免疫抑制剂引起的动物胸腺、脾脏萎缩、T淋巴细胞减少和血清蛋白溶血素降低等症状。藻兰蛋白是一种捕光色素复合蛋白,含量很高,约占干重的20 %左右。有研究表明,藻兰蛋白能提高淋巴细胞的活性,通过淋巴系统提高机体免疫功能,全面增强机体防病、抗病能力[ 9 ]。
有学者通过制备富硒藻兰蛋白而注射小鼠得出[10],富硒藻兰蛋白在实验剂量范围内离体实验可提高淋巴细胞的转化率,在体实验可提高机体细胞免疫和体液免疫功能。另外,海藻多糖硫酸酯是天然的类肝素物质,能够提高人体免疫力,具有抗肿瘤的功效[1]。β-胡萝卜素是有效的自由基清除剂之一,它在螺旋藻内的含量为200～400 mg/ 100 g ,近年来研究发现β-胡萝卜素在体内具有明显的抗氧化和提高机体免疫力的作用,它通过粹灭单线态氧和其活性氧形式,促进免疫功能的增强,主要表现在其能保护吞噬细胞免受自身的氧化损伤,促进T、B淋巴细胞的增殖,增强T 细胞的功能,促进某些白介素的产生。
3. 2 螺旋藻的抗氧化作用
细胞膜是细胞内部与外部进行物质交换的场所,细胞膜的完整性保证了物质交换的正常进行,若细胞膜被氧化则会造成物质交换受阻,细胞内含物外流对红细胞来讲会出现溶血,而藻兰蛋白对机体SOD 酶活性有提高作用,对机体的SOD和GSH-Px 活性都有显著提高,特别是对肝脏GSP -Px 具有明显的保护作用。SOD和GSH-Px 活性升高将对保护细胞膜、防止氧化有很好的保护作用。
3. 3 防止缺铁性贫血
缺铁性贫血( IOA) 是最常见的营养缺乏症之一,而运动性贫血的实质即是缺铁性贫血,对于运动员来说,缺铁性贫血将会很大程度上影响比赛成绩。铁制剂和铁剂强化食品常用来防止缺铁性贫血,但铁剂对胃肠道刺激大,吸收利用率低,而螺旋藻为天然食物,蛋白质含量高,还含有丰富的铁质和维生素[11]。其中铁质是以铁蛋白的形式存在,最易消化吸收,另一方面螺旋藻色素的化学结构为卟啉环,与人体血色素形态基本相同,不难想象,螺旋藻所含丰富的铁质、卟啉环结构的色素和优质高蛋白,正是构成血红蛋白的3 大要素,经吸收后只要机体造血系统功能正常,则运动机体会迅速地得到大量新生血红蛋白的补充,从而防止缺铁性贫血的发生。据报道,用螺旋藻防止营养性贫血效果显著[12] 。梁江明等用低铁饮食复制缺铁性贫血模之后,用螺旋藻进行恢复试验表明,服用一定含量的螺旋藻能加快对缺铁性贫血的恢复速度,促进铁的吸收,使血浆蛋白升高[24] ,另外有实验表明[13] ,以纯种大鼠复制缺铁性贫血模型,随后用硫酸亚铁30 mg/ kg 和3 种不同剂量的螺旋藻掺入饲料中喂养观察,结果显示,3 种剂量螺旋藻喂养组血红蛋白、红细胞计数、细胞压积和血清蛋白均明显上升,其中饲料含螺旋藻组8 %以上的2 组疗效水平与硫酸亚铁治疗对照组相同,而体质量恢复较佳。螺旋藻能提高运动大鼠和失血小鼠红细胞和血红蛋白浓度,提高红细胞钠- 钾ATP 酶的活性,降低红细胞的渗透脆性,减缓红细胞破坏,有效纠正运动性贫血[ 14 ,15 ] 。
3. 4 保护骨骼肌、防止损伤
力竭运动可使肌体骨骼肌线立体脂质过氧化物反应加强,氧自由基生成增多,抗氧化酶SOD 活性下降,造成骨骼肌功能和结构损伤。而黄立新[16]通过观察螺旋藻对大鼠力竭运动后自由基代谢及肌肉损伤标志酶的影响发现,螺旋藻能使力竭运动后骨骼肌线立体自由基生成量减少,抗氧化酶活性增强,使血清中肌肉损伤标志酶水平降低,显示螺旋藻对运动性骨骼肌损伤有显著的保护作用,是较为理想的的运动营养补剂。
3. 5 对红细胞及血红蛋白的影响
红细胞形态的变化,一方面影响其携氧机能,导致运动能力下降,另一方面也会影响其变形能力,导致微循环损伤。而血红蛋白是红细胞载氧和二氧化碳的重要载体,其含量的变化将会在很大程度上影响红细胞的携氧能力,是运动性疲劳发生的重要因素之一,并且红细胞形态变化还会影响其流变
性,易在网状组织内皮系统滞留而被破坏,严重者出现血管内溶血,导致运动性疲劳的发生,故寻找有效的方法抵抗大强度训练所致的红细胞损伤意义重大。朱梅菊[17]等通过实验研究螺旋藻对小鼠红细胞形态的影响得出,在大强度训练导致机体红细胞形态异常的情况下,螺旋藻及其复方可明显降低大强度训练小鼠红细胞的畸形率,从而具有明显的保护红细胞的作用。另外,还有实验表明[18] ,给运动员口服螺旋藻胶囊后可提高血液中血红蛋白的含量,并且一定剂量的螺旋藻对大鼠心脏人工失血造成的血红蛋白下降有明显的保护作用。
3. 6 降低心血管疾病的发生
临床试验表明,螺旋藻具有降低血清胆固醇的作用[ 19] 。李向红[20 ]等通过研究螺旋藻对摄食高脂大鼠血脂水平的影响试验得出,螺旋藻能降低饲用高脂饲料大鼠血清中的甘油三脂( TG) 和血清胆固醇( TC) 的作用,表明螺旋藻对高脂饲料诱导血清中TC 和TG的升高具有抑制作用。另外螺旋藻中含有丰富的亚油酸和λ- 亚麻酸,这些物质具有良好的降血脂、降胆固醇、减少血液粘稠度、改善组织血液循环、保持血管弹性、防止动脉硬化和心血管疾病的功效。另外,有报道证实,维生素E 能降低血清胆因醇值,防止动脉硬化的发生、发展的作用[ 21 ] 。此外,螺旋藻中富含多种人体所需的微量元素如铜、硒等,这在降脂机制中可能也有一定的作用。
4 小结与展望
蛋白质的数量和质量是衡量食品质量的主要指标之一,讨论螺旋藻的营养价值和开发应用价值,最主要的还是螺旋藻的蛋白质,螺旋藻作为一种含优质高蛋白的全然营养物质,其氨基酸种类齐全,尤其是必须氨基酸丰富,易于被机体消化吸收,促进机体生长,有效地增强体质[ 22 ]。对于运动员来说,如何提高机体耐力,消除疲劳是取得良好运动成绩的关键。研究得出[ 23 ] ,增加VB1、VB2 和Vc 的供给可提高神经系统在运动过程中的灵敏性和耐久性,使运动成绩提高,不良状况得到改善;另外,螺旋藻所含丰富的无机盐、微量元素,能保持运动员水盐代谢的平衡,防止体液偏酸或延缓运动性疲劳的发生。导致运动性疲劳的重要因素是糖原耗竭和乳酸的生成,螺旋藻作为一种均衡营养的碱性食品,其含有丰富的矿物质可以碱化酸性血液,以中和体内过多的乳酸,达到抗疲劳的目的,另外螺旋藻中丰富的天门冬氨酸,具有直接的抗疲劳的作用。另外螺旋藻中富含多种人体所需的微量元素如铜、硒等,且比例适当[2] ,这在降脂机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与其所含的上述成分有关,仍尚需进一步探讨。螺旋藻具有明显的抗氧化及纠正自由基代谢失衡的作用[ 23 ] ,对骨骼肌线粒体有明显的保护作用,作为运动员补剂极具开发价值。
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