不同剂量玛咖对力竭运动致大鼠运动性低血糖的保护作用*

王彦英， 曹建民， 周海涛， 张 静， 牛衍龙， 王 灿， 李林蔚， 李思琪

(1. 北京物资学院， 北京 101149； 2. 北京体育大学， 北京 100084； 3. 北京联合大学 生物化学工程学院， 北京 100023)

机体在运动中的主要供能物质是糖和脂肪酸。糖和脂肪酸二者供能的比例取决于运动强度，大强度运动时(运动强度达到最大摄氧量的75%及以上时)，糖供能的比例可达到75%～80%。糖在机体内主要以血糖与糖原的形式存在。血糖随血液循环流经机体不同组织时，可以通过氧化分解提供组织运转所需要的能量。糖原主要分布在肝脏与肌肉中，是葡萄糖在机体内的主要储存形式。正常状态下，人体血糖含量保持相对的动态平衡。长时间、大强度的运动中，血糖含量的平衡会被迅速打破，机体优先使用肌糖原供能。肌糖原大量消耗后，机体分解肝糖原释放葡萄糖，以保持血糖稳定。但随着运动时间的延长，肝糖原大量消耗，由肝糖原分解释放入血的葡萄糖大量减少，而骨骼肌依然从细胞外大量摄取葡萄糖以满足肌肉收缩对能量的需要，进而引发了运动性低血糖。研究表明：糖原耗竭将严重地影响运动能力，尤其是耐久力。在马拉松、公开水域游泳、自行车公路赛等运动时间长于1 h的运动项目中，经常会出现因运动时间长、强度大，恢复时间短等因素导致的运动性低血糖和体力衰竭。机体通过糖异生作用，可以将运动中产生的大量乳酸转变成葡萄糖，促进肌糖原的更新，并防止乳酸中毒的发生[1]。糖异生作用的增强，有助于避免和延缓长时间、大强度运动后期出现的由于血糖降低和能量供应不足而产生的运动性疲劳[2]。糖异生过程受到多种因素的影响，其中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK)作为限速酶对调节糖异生的速度承担着至关重要的作用。如何合理、有效地防控运动性低血糖的发生与发展，已成为近年来国内外运动医学和运动营养学界的研究热点。大量研究证明，原产于秘鲁的玛咖(Lepidiummeyennii，Walp)具有抗疲劳、抗氧化、增强免疫力等多重药理作用[2]。本研究以6周递增负荷力竭游泳训练建立运动性低血糖动物模型，从优化肌糖原和肝糖原的储备量及改善运动中糖异生作用关键限速酶PEPCK活性及表达的角度，探讨补充玛咖对运动性低血糖大鼠的保护作用及其抗运动疲劳作用，旨在为其在运动医学和运动营养领域的实际应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

玛咖(Lepidiummeyennii)，产自云南丽江，购自北京同仁堂健康药业(福州)有限公司，批号16022578。将玛咖干燥至恒重后粉碎，过200目筛，称取200 g加10倍水煎两次，每次60 min，将2次煎液过滤后合并，浓缩至生药质量浓度2 g/ml，4℃保存备用。肝、肌糖原试剂盒(南京建成生物工程研究所，批号20161221)、PEPCK多克隆抗体(厦门慧嘉生物技术公司，批号20161219)。

1.2 实验对象与分组

SPF级42 d龄雄性Wistar大鼠55只，平均体重(196.2±10.7)g [北京大学医学部实验动物科学部提供，合格证编号SCXK(京)2006-0008]。在整个实验过程中，实验室内温度保持在(22±2)℃，相对湿度55%～75%，光照时间随自然变化。所有实验大鼠均以基础饲料(北京大学医学部实验动物科学部提供)和蒸馏水常规饲养，自由摄食、饮水。将实验大鼠适应性饲养4 d后，以20 min/d的运动量对其进行为期3 d的筛选，淘汰5只不适应游泳训练的大鼠。将剩余50只大鼠以数字随机分组法分为5组：静止对照组(C组)、运动对照组(M组)、运动+低剂量玛咖组(LM I组)，运动+中剂量玛咖组(LM II组)，运动+高剂量玛咖组(LM III组)，每组10只。

1.3 营养干预及训练方案

各组大鼠每天自由摄食、饮水。同时在训练前5 min采用专业灌胃器对LM各组大鼠每天灌胃玛咖一次。LM各组灌胃剂量分别为0.2，0.4，1.2 g/kg/d，相当于成人推荐剂量的5，10和30倍。LM各组大鼠灌胃液体的体积均为5 ml/kg，C组和M组灌胃等体积生理盐水。C组不进行任何运动训练；其他各组进行为期42 d的递增负荷游泳训练：即第1周进行无负重训练，第2周进行负荷2%体重训练(运动强度相当于40%～50%最大摄氧量)，第3周进行负荷4%体重训练(运动强度相当于60%～70%最大摄氧量)，第4～6周进行负荷5%体重训练(运动强度相当于75%～80%最大摄氧量)，每次游泳训练均至力竭。以大鼠开始游泳至力竭所用时间测定力竭运动能力。力竭标准以大鼠下沉后10 s不露出水面为度。处死前的最后1次训练为无负重力竭游泳训练，记录力竭时的游泳时间。

1.4 指标测定

各组大鼠在最后一次训练后即刻称重，乙醚麻醉，经颈总动脉抽取全血5 ml，部分用于测定血乳酸，其余部分37 ℃自然凝固，血清析出后放入冰箱，置冰箱24 h后4℃、3 000 r/min离心10 min，分离血清。同时迅速取肝脏及深层股四头肌，剔除筋膜，置于预冷的生理盐水中洗净血污，滤纸吸干后称取适量组织，放入玻璃匀浆管口剪碎。按W(g)组织块重量/V(ml)匀浆介质为1/9 的比例加取预冷的匀浆介质(0.9 %的生理盐水)进行匀浆，制成10%的组织匀浆液。匀浆液3 000 r/min低温离心15 min，分离提取上清液。

采用葡萄糖氧化酶(GOD)法测定血糖，分别采用免疫组化法和乳酸脱氢酶偶联比色法测定肝细胞PEPCK表达及活性，以蒽酮显色法测定肝、肌糖原含量。以上各指标的测定严格按照试剂盒说明书进行，计算公式等详见试剂盒使用说明书。采用血乳酸分析仪测定血乳酸水平。

1.5 数据统计

2 结果

2.1 玛咖对大鼠体重及运动能力的影响

训练结束后，M组大鼠体重小于C组(P<0.05)；LM各组大鼠体重大于M组(P<0.05)，LM各组间无显著差异。M组无负重力竭游泳时间与C组无明显差异；LM各组无负重力竭游泳时间则明显长于M组(P<0.01)，且LM III组长于LM I组(P<0.05，表1)。

GroupWeight before training(g)Weight after training(g)Exhaustive swimming time(min)C196.13±10.75426.15±13.9482.53±20.74M195.89±11.21387.73±13.79*73.85±20.61LM I196.09±10.89412.31±13.96#107.15±20.12##LM II195.69±11.63414.51±14.07#109.27±19.83##LM III196.12±10.98416.35±13.68#114.59±20.31##△

C: Control; M: Motion; LM I: Low doseLepidiummeyennii+motion; LM II: Medium doseLepidiummeyennii+motion; LM III: High doseLepidiummeyennii+motion.

*P<0.05vsC group;#P<0.05,##P<0.01vsM group;△P<0.05vsLM I

2.2 运动及玛咖对大鼠血糖、血乳酸、肝糖原、肌糖原含量的影响

M组血糖含量显著低于C组(P<0.01)；LM各组血糖含量高于M组(P<0.05，P<0.05，P<0.01)，且LM III组高于LM I组(P<0.05)。M组肌糖原含量低于C组(P<0.05)，LM各组肌糖原含量高于M组(P<0.05)，LM组间无明显差异。M组肝糖原含量低于C组(P<0.01)，LM各组肝糖原含量高于M组(P<0.01，P<0.01，P<0.01)，LM III组高于LM I组(P<0.05)。M组血乳酸含量显著高于C组(P<0.01)，LM各组血乳酸含量低于M组(P<0.01，P<0.01，P<0.01)，而且LM III组低于LM I组(P<0.05，表2)。

2.3 运动及玛咖对大鼠肝细胞PEPCK活性及PEPCK表达的影响

M组大鼠肝细胞PEPCK活性显著低于C组(P<0.01)；LM各组大鼠肝细胞PEPCK活性高于M组(P<0.05，P<0.05，P<0.01)，且LM III组高于LM I组(P<0.05)。M组大鼠肝细胞阳性染色累计吸光度均值(表示PEPCK表达)显著低于C组(P<0.01)；LM各组肝细胞阳性染色累计吸光度均值高于M组(P<0.05，P<0.05，P<0.01)，且LM III组高于LM I组(P<0.05，表3)。

Tab. 2 Effects of exercise and Lepidium meyennii on the content of blood glucose, muscle glycogen, liver glycogen, and blood lactic acid in n=10)

C: Control; M: Motion; LM I: Low doseLepidiummeyennii+motion; LM II: Medium doseLepidiummeyennii+motion; LM III: High doseLepidiummeyennii+motion.

*P<0.05,**P<0.01vsC group;#P<0.05，##P<0.01vsM group;△P<0.05vsLM I

Groupphosphoenolpyruvate carboxykinase activity(mIU/min/mg)phosphoenolpyruvate carboxykinase expressionC4.1±0.5421.7±127.9M2.6±1.0**239.6±125.3**LM I3.3±0.6#386.7±124.2#LM II3.6±0.4#405.9±123.7#LM III4.2±1.1##△434.4±127.5##△

C: Control; M: Motion; LM I: Low doseLepidiummeyennii+motion; LM II: Medium doseLepidiummeyennii+motion; LM III: High doseLepidiummeyennii+motion.

**P<0.01vsC group;#P<0.05,##P<0.01vsM group;△P<0.05vsLM I

3 讨论

竞技运动员在一定训练周期前后的体重变化可以直接有效地反映训练强度对机体的影响；力竭时间则可以反映机体的运动能力和抗运动疲劳能力。正常人空腹血糖值为3.89～6.11 mmol/L，如血糖水平低于2.8 mmol/L，临床上产生头晕、恶心、呕吐、出冷汗等相应症状，称为“低血糖”。大强度运动中，机体主要动员糖酵解供能系统供能。肌糖原酵解后产生的大量乳酸及自由基堆积在肌肉中，使得肌细胞膜通透性增加，肌细胞中的乳酸大量进入血液，引发血乳酸浓度大幅升高。伴随着运动的持续进行，运动肌中的肌糖原被大量消耗(正常情况下人体肌肉中所贮存的肌糖原只足以维持1 h的水平的有氧运动)。由于机体中肌糖原储量有限，运动肌又难以从非运动肌中获得糖的能量供应，机体需要通过增加肝糖原分解，释放葡萄糖入血以保持血糖的稳定。与此同时，乳酸浓度升高后在肝脏中通过糖异生转化为葡萄糖重新分解入血也可在一定程度上维持血糖的稳定，并可进一步防止血液的酸化。由于肝糖原的储备量远少于肌糖原，当肌、肝糖原大量耗竭后，而糖异生的速度亦不能满足大强度运动中糖供应的能量需求时，骨骼肌从细胞外摄取大量葡萄糖以维持供能，引发运动性低血糖。血糖下降引发运动肌供氧、供能不足，机体出现外周疲劳及运动能力下降。与此同时，由于大脑仅能依靠葡萄糖供能，血糖水平下降可引发中枢神经系统的兴奋抑制失调产生中枢疲劳。2011年卫计委批准玛咖粉作为新资源食品后，玛咖被广泛地应用于功能性食品、保健食品、运动营养食品领域，其功效主要为抗衰老、增强免疫力、缓解体力疲劳。此外，玛珈在化学防护、美容等领域也有所应用。本实验旨在探讨玛咖在缓解运动疲劳的同时，能否通过促进糖原合成与储备，上调糖异生关键限速酶PEPCK的表达和活性，促进乳酸通过糖异生作用转化为葡萄糖，有效地抑制和延缓运动性低血糖的发生与发展。实验结果表明：42 d递增负荷力竭游泳训练后，受训练周期、强度、恢复时间等多重因素的影响，大鼠体内蛋白质分解代谢速度加快，肌肉生长发育和体重增长速度明显减缓，血乳酸浓度大幅升高，运动能力下降的同时出现运动性低血糖和运动疲劳。而训练前补充不同剂量玛咖的大鼠，有效地抑制和延缓了长时间、大强度运动所致大鼠生长发育速度减缓的趋势；提高了糖原储备及PEPCK活性有效地抑制和延缓了运动性低血糖及运动性疲劳的发生与发展。其机制主要为：一是玛咖可能促进大鼠的食欲，增加了摄食量，进而补充了运动增加的能量消耗。二是玛咖中总糖含量高达19.85%。玛咖可以作为外源性糖分补充，有效促进肝脏和肌肉中的糖原的生成，且尤以肝糖原为甚[3]，补充或延缓运动对内源性糖的消耗，从而提高机体内糖原储备。同时，运动前补充总糖可以引起肾上腺素等激素的迅速释放，抑制胰岛素的释放[4]，提高PEPCK活性，促进糖异生，避免引发反射性的低血糖。三是玛咖中的玛咖多糖高达9.51%。玛咖多糖可以有效地增强运动后大鼠体内乳酸脱氢酶活力，将运动中过量产生的乳酸脱氢降解为丙酮酸[5]，维持乳酸相对的动态平衡。四是补充玛咖通过有效地扼制长时间、大强度运动导致的大鼠HPG轴功能紊乱及睾酮和皮质酮水平的降低，恢复分泌系统的动态平衡，提高肌肉对葡萄糖的吸收，促进糖异生作用及糖原合成与储备：(1)玛咖中富含的支链氨基酸可以有效地控制脑组织中5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)的浓度[6]，避免大强度运动中过量产生的5-HT影响下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH)的正常分泌，从而保证垂体正常分泌促黄体生成素(luteinizing hormone，LH)和促卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH)，并保持二者相对的动态平衡及对睾丸间质细胞的协同作用，进而促进睾酮的合成与分泌[7]；(2)玛咖中的玛咖酰胺、玛咖烯、生物碱等物质具有雄激素样作用，可有效地促进睾酮的合成与分泌[8]；(3)睾丸组织中DNA、RNA及蛋白质的合成都需要锌的参与，锌对睾酮的合成及分泌具有重要作用[9]。玛咖中锌元素含量较高，可通过外源性补充的方式为睾酮的正常合成、分泌及功效发挥保驾护航[10]；(4)玛咖中的亚油酸、α-亚麻酸等不饱和脂肪酸及木脂素类化合物，可以通过多种途径，缓解长时间、大强度运动引发的睾酮等内源性雄激素水平及活性的降低，在提高运动能力和消除疲劳的同时促进生长发育[10-12]；(5)皮质酮可以有效地促进肝外组织蛋白质的分解，抑制氨基酸进入肝外组织使血中氨基酸含量上升，加强糖异生。补充玛咖可以有效抑制长时间、大强度运动导致的皮质酮下降[13]。五是玛咖中含有黄酮类物质、玛咖酰胺、玛咖烯、异硫氰酸酯、多糖等大量具有较高抗氧化活性的物质，可以增强体内抗氧化酶活性，有效清除运动过程中过量生成的自由基，避免和延缓脂质过氧化反应的发生与发展，保护腺体和细胞结构正常[14-15]，维持肌细胞的正常功能，进而延缓了疲劳的发生与发展，加速了疲劳消除。六是玛咖中含有一定量的支链氨基酸和蛋氨酸、少量的牛磺酸、糊精、果糖及钙、镁、锌等多种微量元素[5,6,10]，这些物质对于有效地缓解运动疲劳和中枢神经疲劳具有显著作用，进而保证中枢神经有效地调控体内血糖的平衡。

高剂量玛咖有效抑制和延缓长时间、大负荷运动导致的运动性低血糖和运动性疲劳的发生与发展，其机制可能与促进糖原合成与储备，上调糖异生关键限速酶PEPCK的表达，提高PEPCK活性，促进糖异生作用有关。