补充精氨酸与运动能力关系的研究进展_熊正英

第43卷2007年第3期 西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版)Vo l 143 2007 No 13 Jo ur nal of No rthw est N o rmal U niversit y (Natura l Science)收稿日期:2006O 12O 03;修改稿收到日期:2007O 03O 28作者简介:熊正英(1952)))),男,陕西商南人,教授.主要从事运动生物化学与营养的研究.E O ma il:x zy5201@yahoo 1com 1cn补充精氨酸与运动能力关系的研究进展熊正英,李润红(陕西师范大学体育学院,陕西西安 710062)摘 要:采用文献资料法,论述了运动对精氨酸代谢的影响以及补充精氨酸提高运动能力的机制.在运动应激状态下,机体对精氨酸的需求量明显增加,提供充足的精氨酸能明显减少氮丢失,有益于机体蛋白质合成,促进肌糖原的储备及恢复;同时可增加冠状动脉流量和改善心脏功能,增强和调节机体的免疫功能,因此对延缓疲劳的发生和促进恢复有一定的作用.关键词:精氨酸;肌糖原;心肌;免疫;运动中图分类号:G 80717 文献标识码:A 文章编号:1001-988Ú(2007)03-0107-05T he development of researching on argininesupplement and exercise abilityXIONG Zheng O y ing,LI Run O hong(Colleg e of Phy sical Educatio n,Shaanx i No rmal U niversity,Xi p an 710062,Shanxi,China)Abstract:T he m ethod of literature is applied to setting forth the effect o f exercise on the m etabolic of ar ginine and mechanism of supplementing arg inine fo r enhancing the exercise ability.In the state of ex ercise stress,the body r equirement for arginine increases no tably,therefore enough supply of argininecan decr ease the lo ss of nitrog en and be g ood for the synthesis of body pro tein and the recov er y of muscle gly cog en.M eantime arg inine helps to increase coronary bloo d flow and improv e heart function,and has the functions of streng thening and nur sing immune ability,so arginine has functio ns o f delaying ex ercise fatigue and promo ting the r ecovery of ex ercise fatig ue.Key words:arginine;m uscle g lycogen;m yocar dial;imm unity ;ex ercise 精氨酸(Ar g)在体内起生理作用的主要是左旋精氨酸(L-Arg ).正常情况下,体内精氨酸一部分来源于膳食,一部分通过几个器官间的协同作用由鸟氨酸通过瓜氨酸合成,其前体物质是谷氨酸(Glu)或谷氨酰胺(Gln).机体中所有组织均利用精氨酸合成细胞浆蛋白和核蛋白,同时精氨酸也是脒的唯一提供者,进而合成肌酸[1].精氨酸是碱性氨基酸,可广泛参与机体组织代谢,与机体免疫功能、蛋白质代谢、创面愈合等密切相关.它还能促进血氨进入尿素循环,防止氨中毒,其代谢中间产物多胺是重要的胃肠粘膜保护剂,能促进粘膜增殖.精氨酸也是合成一氧化氮的唯一底物,可参与免疫和血管张力调节[2].近年来,一氧化氮对骨骼肌中葡萄糖转运的促进作用和参与免疫调节作用得到学者们的广泛认同.作为一氧化氮的生成前体左旋精氨酸能否成为改善运动能力、促进疲劳消除的营养补充剂已是学者们研究的焦点.1 运动对左旋精氨酸代谢的影响尿素合成的前体是左旋精氨酸和NH 3,运动过程中NH 3生成增加,使尿素的合成也增加,同时一氧化氮的生成也要增加,这必然使左旋精氨酸的消耗增加,使一氧化氮合酶的作用底物左旋精氨酸水平下降,因而一氧化氮的生成可能会减少.尽管精氨酸是人体可自身合成的一种半必需氨基酸,但人体合成的速度是否能够满足在运动中各种消耗107西北师范大学学报(自然科学版)第43卷Journal of N or thw est N ormal U niver sity(N atural Science)Vo l143的大量需要尚不清楚[3],因此,力竭运动后,一氧化氮含量、一氧化氮合酶活性下降可能是由于运动过程中左旋精氨酸的消耗引起.姜雅彬等研究了长时间运动对耐力游泳运动员血清氨基酸的影响,并与对照组比较,结果发现,在安静状态时,游泳组和对照组血清精氨酸含量无显著性差异,在急性运动的不同时刻,两组血清精氨酸含量虽然有下降趋势,但无显著性差异[4].席翼等研究了耐力训练对安静状态和短时间渐增负荷下血清氨基酸的影响,结果发现,安静状态下耐力训练组血清精氨酸含量显著高于对照组,但在短时间渐增负荷的力竭性运动后,耐力训练组血清左旋精氨酸含量基本上保持不变,而对照组血清精氨酸含量显著上升[5].金其贯等对大鼠进行了为期8周的大负荷游泳训练,结果发现训练组大鼠血清左旋精氨酸含量显著低于对照组[6].造成运动或训练时机体血清左旋精氨酸含量变化不同的原因,可能与运动强度、运动时间以及机体的功能状态有关.2左旋精氨酸提高机体运动能力的机制热应激1h,血清17种游离氨基酸除精氨酸下降外,其余都升高.精氨酸含量下降,其可能原因是高温下鸟氨酸循环加速,致使左旋精氨酸分解为尿素增多,以消除过多的氨对机体的毒性作用,有利于防止疲劳[7].M aelean等认为嘌呤核苷酸在运动期间并不降解[8];Brober g认为嘌呤核苷酸的降解与氨基酸的氧化作用可在肌肉内产生氨,同时降低运动期间碳水化合物的利用率[9];Sahlin等提出血氨浓度升高很可能是肌肉代谢改变和维持三羧酸循环中间产物以保证脂肪完全氧化所产生的结果[10];Czarno w ski等认为血氨的升高主要是由于肌肉内起始的碳水化合物储备偏低[11].以上观点都说明运动产生的氨增多会使运动能力下降,提示补充A rg或Orn可以促进鸟氨酸循环,把由于运动消耗蛋白质而产生过多的氨转化为尿素,防止血氨的升高,从而提高运动能力[12].211精氨酸与肌糖原在以70%~80%最大摄氧量水平范围内进行运动时,肌糖原利用的速率相当高,消耗量大,因此运动前肌糖原水平及运动中糖原利用速率和消耗量直接影响耐力训练和竞赛的成绩.实验结果证实肌糖原储备量是决定大强度运动耐力的主要因素,通过耐力训练的大鼠肌糖原含量较高,并且具有较长的力竭运动时间.大强度耐力运动后的恢复主要是肌糖原的恢复.现已证明,当肌糖原达到最低水平时,力竭便发生,且达到力竭的时间直接与运动开始的肌糖原水平有关.在以75%VO2max强度运动时,运动能力的限制因素是运动前肌糖原的储备量[13],所以,运动后运动员肌糖原的恢复显得非常重要.刘慧莉等研究结果表明,力竭运动后一次性补充左旋精氨酸使训练大鼠总一氧化氮合酶活性及一氧化氮含量、骨骼肌肌糖原含量恢复较快.对大鼠力竭运动后恢复36h肌糖原与骨骼肌一氧化氮含量进行相关分析发现,大鼠糖原耗竭运动后恢复36h肌糖原含量与骨骼肌一氧化氮含量的中度相关,补充左旋精氨酸促进力竭运动后的肌糖原恢复可能通过左旋精氨酸)))一氧化氮途径实现.一氧化氮生成增加促进葡萄糖转运,从而促进肌糖原的生物合成.另外,左旋精氨酸是一种生糖氨基酸,可作为糖异生的合成底物,影响肌糖原的合成[14]. 212精氨酸对心肌的保护作用大量研究表明,精氨酸从不同途径保护心肌免受缺血再灌注损伤.王天辉等在精氨酸对大鼠心肌相对缺血/再灌注损伤保护作用的研究中发现,精氨酸具有提高再灌注损伤心肌的抗氧化能力,抑制心肌酶的释放,从不同角度说明了精氨酸对相对/再灌注具有保护作用[15].朱方等研究表明,应用精氨酸不仅具有明显降低血糖的作用,而且对心肌组织自由基的清除也有促进作用,同时也能较好地改善Na+-K+泵及Ca2+泵功能,这可能与左旋精氨酸兴奋胰岛B O细胞分泌胰岛素、通过L-Arg-NO通路促进NO合成而改善心肌供血有关.因此补充外源性L O精氨酸对糖尿病患者防止自由基引起的心肌损伤有重要作用[16].叶磊等在左旋精氨酸对心肌结构影响的研究中发现,左旋精氨酸能良好保存线粒体超微结构,减少再灌注损伤时心肌肌钙蛋白破坏,保存线粒体的完整,以达到减轻心肌缺血/再灌注损伤的作用[17].精氨酸通过促进NO 的产生,减少过氧亚硝基阴离子(ON OO-)生成,同时增加细胞内抗氧化物谷胧甘肤的水平,还可直接中和氧自由基;NOS能清除产生的氧自由基,并在脂质膜上终止自由基链反应,从而抑制脂质过氧化,消除自由基对心肌的损害[18].左旋精氨酸对心肌相对缺血/再灌注损伤具有保护作用,其可能的机制为:¹左旋精氨酸可通过促进NO的产生,扩张冠脉,改善微循环,减轻细胞膜脂质过氧1082007年第3期熊正英等:补充精氨酸与运动能力的关系研究进展2007No13T he develo pment of resea rching on ar ginine supplement and ex ercise ability化损伤.º左旋精氨酸可通过增加NO的释放,下调心肌细胞和内皮细胞表面粘附分子的表达,减少中性粒细胞的趋化、粘附,减少CK、LDH的释放,从而阻止中性粒细胞介导的损伤.»左旋精氨酸作为必需氨基酸,在体内也参与蛋白质的合成,因此在心肌缺血/再灌注期也可能作为能量转换的底物,维持AT P的合成,增加能量供给[19].岳冠华在补充前体左旋精氨酸后对一次性力竭运动大鼠心肌酶影响的研究表明,补充左旋精氨酸在增加心肌血流量、氧供应量,加强有氧代谢,显著减慢储备发生的糖酵解使乳酸含量减少的同时,使心肌增加,引起血管平滑肌舒张,使有氧代谢增强,进一步节约了心肌能量,增强了运动能力.其作用机制可能是运动力竭激活了iNOS.iNOS在心肌中占相当的比例,补充外源性的左旋精氨酸可提高心肌iNOS活性,这是因为iNOS催化生成NO的效率是cNOS的1000倍.另外,适量补充外源性的左旋精氨酸可提高心肌肌浆网Ca2+O A TPase摄入Ca2+的能力,加强心肌Na+/Ca2+的交换能力,减少运动时心肌胞浆中Ca2+的堆积,改善心肌细胞的收缩功能,提高大鼠长时间运动能力,延缓疲劳[20].郭宝石等研究了一氧化氮在心肌缺血再灌注损伤中的作用,结果发现,超负荷缺氧运动可引起心肌相对缺血,造成心肌缺血在灌注损伤,导致心功能低下.补充左旋精氨酸促进N O的合成,对于保护心肌免受缺血再灌注损伤,促进超负荷缺氧运动后心功能的恢复具有重要意义[21].刘向儒等在研究左旋精氨酸对冠状动脉血管痉挛性心绞痛(CMSA)患者运动能力和血浆NO水平的影响时发现,左旋精氨酸的补充能够明显提高CM SA患者的运动能力,且具有较好的持续性,并使血浆NO 水平显著提高[22].王琳等研究发现,当补充左旋精氨酸达到一定剂量时(40mg/kg),大鼠运动至力竭时间明显延长,血睾酮下降幅度减小,运动后血乳酸最大值明显增加,从而进一步说明,左旋精氨酸的补充对提高运动成绩和促进运动后疲劳的恢复具有重要作用[23].213精氨酸与提高机体的免疫功能21311精氨酸对免疫系统产生的效应罗海吉等在研究高温应激下补充左旋精氨酸对小鼠免疫功能的影响时发现,精氨酸在热应激时具有缓解和减轻胸腺、脾脏应急萎缩的作用,而且只在一定浓度下才能起到对免疫器官的保护.在热应激状态下小鼠淋巴细胞增殖活性较常温对照组有显著性降低,热应激后各组小鼠的IL O2含量和IL O2R的表达均显著低于相应的常温对照组.还发现精氨酸各组在活化胸腺细胞中的Ca2+均比给水组高,而给水组在热应激后细胞活化过程中Ca2+的上升受阻,高温可导致细胞形态的改变,损伤细胞膜及核膜.由于细胞内Ca2+的变化与细胞结构的完整性和功能的正常是密切相关的,因此可以认为在高温应激条件下补充适量的精氨酸具有保护胸腺细胞结构完整性的作用[24].屈会起等研究亦发现,补充一定剂量的精氨酸能够增强机体的免疫功能,包括增强免疫细胞和器官功能、增强免疫应答,补偿糖皮质激素造成的机体免疫功能抑制[25].精氨酸能促进多种内分泌激素的释放,包括生长激素、胰岛素、泌乳素、胰高糖素、生长抑素、儿茶酚胺等. Kor bonits等发现健康成人应用精氨酸后可促进基础状态下的生长激素(GH)、泌乳素的分泌,而黄体生成素、卵泡刺激素、促甲状腺素、促肾上腺皮质激素(A CT H)、皮质醇不受影响.该研究还发现,精氨酸能够加强低血糖应激情况下的ACT H 分泌,而此时的GH分泌不能被进一步增强.NO 是一种重要的神经内分泌调节因子,参与应激状态下的激素分泌.该研究一方面再次证明精氨酸O NO 途径在应激状态下对各种应激激素分泌的影响,另一方面也说明精氨酸促进基础状态下激素分泌的作用不依赖NO[26].热应激后小鼠血清NO浓度的变化,提示在热应激条件下小鼠对精氨酸的需求比常温下多.血清NO含量的变化与精氨酸的利用度有关,而淋巴细胞增殖活性指数的变化与血清NO浓度的高低有关.提示:在热环境中机体对精氨酸的需要增加,但有一定范围,如过量补充精氨酸可导致过多产生NO,从而抑制淋巴细胞的增殖.这说明在高温环境中机体免疫功能降低与血清中NO的水平有密切关系,而补充适量的精氨酸可通过产生适量的NO,从而起到免疫促进作用并可减少热应激对小鼠免疫功能的损伤[27].另有研究表明,精氨酸还能刺激周围血液中单核白细胞对抗原与细胞分裂的反应,细胞培养尤其是免疫细胞的培养与精氨酸密切有关,在无精氨酸的培养液中,细胞虽然不至于死亡,但生长受到抑制,但加入精氨酸16h 后,细胞开始分裂与生长.人体血浆中的精氨酸在0104~011mm ol浓度时,能使机体维持足够的免疫能力,且在免疫系统中,除淋巴细胞外,吞噬细109西北师范大学学报(自然科学版)第43卷Journal of N or thw est N ormal U niver sity(N atural Science)Vo l143胞的活力也与精氨酸相关[28].21312运动产生的免疫抑制大量研究的表明,长时间的耐力运动或长期的强化训练可以抑制免疫功能(包括淋巴细胞亚型),抑制淋巴细胞增殖和NK细胞、LA K细胞的细胞毒活性,减少IL O2和粘膜分泌型的分泌等.金其贯等研究运动性免疫抑制机制时,通过对大鼠进行持续8周、每天1次、每周6次的150min游泳训练后,测定了大鼠外周血液中淋巴细胞在PH A刺激下的增殖反应,结果发现大负荷训练组其淋巴细胞对PH A的转化率显著低于对照组,下降幅度达到1815%,说明长期大负荷的运动训练可以降低淋巴细胞对PH A的增殖反应,抑制了淋巴细胞的功能.他们还通过放射免疫法直接测定了大鼠外周血液中IL O2含量,结果发现大负荷训练组其血清IL O2含量显著低于对照组,下降幅度达到2814%,从而说明长期大负荷的运动训练可以导致机体IL O2分泌的降低[29].由于IL O2在许多免疫反应中起中心调节作用,它可放大免疫应答反应,同时可增强NK细胞话性,促进B淋巴细胞分泌抗体以及诱导LAK细胞生成等,因此大负荷运动训练后机体IL O2生成能力的下降,必定使机体的兔疫防御功能降低.金其贯等在进行谷氨酰胺和精氨酸对运动性免疫抑制干预作用的研究时发现,经过8周的大负荷运动训练后,大鼠外周血液中淋巴细胞转化率、血清IL O2、Gln 和Arg含量显著降低,而淋巴细胞凋亡率和血清sIL O2R含量却显著升高.因此,长期大负荷的运动训练可导致血清Gln和Arg含量的降低,以及外周淋巴细胞凋亡增加,可能是大负荷训练导致机体免疫功能降低的重要机制[30].而对于大负荷训练组大鼠血清GM O CSF含量显著下降,GM O CSF 分泌的减少,是否抑制了造血祖细胞的增殖、分化,从而导致运动性免疫抑制的发生,还有待于进一步研究.21313补充精氨酸提高机体免疫机能及其可能机制金其贯等人对大鼠进行8周的大负荷训练后发现,大鼠淋巴细胞的转化率和血清IL O2含量、血清总抗氧化能力均显著下降,而淋巴细胞凋亡率和血清sIL O2R含量却显著升高,连续8周补充左旋精氨酸后,大鼠淋巴细胞转化率和血清IL O2含量显著升高,淋巴细胞凋亡率和血清sIL O2R含量则显著降低,说明大负荷训练后补充精氨酸可调节和提高训练机体的免疫功能[29].屈会起等补充精氨酸观察对大鼠机体免疫功能的影响,发现一定剂量的精氨酸能够增强B细胞介导的体液免疫功能和T 细胞介导的Ô型超敏反应,促进脾脏的免疫功能和淋巴小结增生,增加体内NO产生但不会造成NO 及其代谢产物的蓄积.认为补充一定剂量的精氨酸具有免疫功能增强作用[25].在运动应激状态下,机体对精氨酸的需求量明显增加,提供充足的精氨酸能够明显减少氮丢失,有益于机体体蛋白质合成,调节机体免疫功能.此外,精氨酸能促进自然杀伤细胞活性,激活外周血中单核细胞,调节T 淋巴细胞和巨噬细胞分泌因子,介导巨噬细胞的细胞凋亡,也可有效地增强细胞免疫功能.因而,对于长时间大强度运动训练及出现过度训练综合症的运动员,补充适量的精氨酸有一定理论依据[31].许多学者研究表明精氨酸有明显的免疫促进作用,认为精氨酸的代谢产物NO可降低血浆IL O6的浓度、改善器官供血、增强巨噬细胞功能,因此可补充精氨酸来增加NO的合成等实现免疫功能的恢复;另外精氨酸可促进IL O2的合成并提高其生物学活性.但补充精氨酸并非浓度越高越好,这可能是低浓度的精氨酸具有免疫促进作用,而高浓度精氨酸因代谢产物NO不断增多反而抑制淋巴细胞的增殖和IL O2R的表达[24].精氨酸促进免疫机能的机制尚不完全清楚,有研究认为,精氨酸能够促进激素和胰岛素生长因子的释放,增加胸腺的重量,提高胸腺中T淋巴细胞的数量以及通过T淋巴细胞对PH A、ConA的增殖反应来提高胸腺的功能[32].另外,精氨酸在精氨酸酶的作用下生成尿素和鸟氨酸,而鸟氨酸在鸟氨酸脱羧酶的作用下生成多胺,近一步促进细胞分裂、DNA复制,调节细胞的周期,增强淋巴细胞的有丝分裂[33].金其贯等对补充精氨酸对大负荷训练大鼠免疫功能的影响及其机制的研究表明,在大负荷训练后补充外源性精氨酸有助于降低外周血液淋巴细胞的凋亡率,并能有效防止血清Gln含量的降低,这可能是精氨酸改善大负荷运动训练造成的免疫功能抑制的机制之一[34].参考文献:[1]单威,王玉春,逢丽红.精氨酸与运动、免疫功能[J].齐齐哈尔医学院学报,2006,27(4):461O462.[2]EFR OM D,BAR BU L A.Ro le of arg inine in1102007年第3期熊正英等:补充精氨酸与运动能力的关系研究进展2007No13T he develo pment of resea rching on ar ginine supplement and ex ercise abilityimmuno nutr itio n[J].J Gas troenter ol,2000,35(12):20O23.[3]金其贯.运动、精氨酸与免疫功能研究进展[J].中国运动医学杂志,2005,24(4):498O491.[4]姜雅彬,刘汉杨.长时间运动时血清氨基酸动态变化的研究[J].天津体育学院学报,1994,9(1):65O74.[5]席翼,杨谦.耐力训练对安静状态和短时间渐增负荷下血清氨基酸影响的研究[J].山东体育学院学报,1996,12(2):24O16.[6]金其贯.谷氨酰胺和精氨酸对运动性免疫抑制干预作用的研究[D].北京体育大学博士研究生学位论文,2003, 5.[7]罗海吉,邱初之,何志谦,等.高温对小鼠血清游离氨基酸的影响[J].营养学报,1995,17(1):32.[8]M A CL EA N D A,SPRI ET L L,H U LT M A N,etal.P lasma and muscle amino acid and ammoniarespo nses dur ing pr olonged ex ercise in humans[J].A p p l P hy siol,1991,70:2095O2030.[9]BRO BERG S,SAH L IN K.H yperammonemiaduring pr olo nged ex ercise:an effect o f g lycog endepletion[J].A p p l Phy siol,1998,65:2475O2477.[10]SA H L IN K,K A T Z A,BROBERG S.T ricar box ylic acid int er mediates in human muscleduring pr olonged exer cise[J].A m J Phy siol,1990,2590C:834O841.[11]BREDT D S,H WA N G P M,SNY DER S H.L o calizatio n o f nitr ic ox ide synthase indicating aneural ro le for nitr ic ox ede[J].N atur e,1990,347:768O770.[12]唐量,刘小杰,熊正英.运动与部分条件性氨基酸代谢[J].陕西师范大学学报,2000,28(2):57O59. 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