牛磺酸的生物學作用及其與人體運動的關系,運動生物化學論文牛磺酸是一種含硫的氨基酸，化學名稱為氨基乙磺酸，與其他氨基酸一樣具有酸、堿兩性電解質作用，易溶于水，化學性質比擬穩定。早在1827年，牛磺酸就已被人們發現，并成功從牛膽汁中分離獲得，自此國內外對牛磺酸進行了深切進入的研究，發現它具有廣泛的生物學效應，在人體運動中發揮著極其重要的作用[1].本文在介紹牛磺酸生物學作用的基礎上，進一步從理論角度來討論牛磺酸和人體運動的關系，為體育運動中運發動機體抗氧化能力提供一定的根據。1牛磺酸在人體內的分布及代謝牛磺酸作為一種條件性必需氨基酸在人體內分布非常廣泛，幾乎存在于各個組織的細胞質中，十分是大腦、心臟、神經、肌肉等組織[2].一個體重為60kg的正常成年人體內的牛磺酸含量可達60g左右，約占人體體重的0.1%,這些牛磺酸全部以游離形式存在，是體內含量最高的游離氨基酸。人體獲取牛磺酸的途徑主要有內源性和外源性兩種方式[3],外源性主要是從食物中攝取，華而不實海洋中的魚類、貝類中的牛磺酸含量非常豐富，適當攝取此類海生動物能夠獲取豐富的牛磺酸；內源性牛磺酸的獲得是通過人體的本身合成，由半胱氨酸、甲硫氨酸等含硫的氨基酸經過一系列的酶促反響轉化得到，人體內牛磺酸的含量是相對穩定的，腎臟組織根據每日人體攝入的牛磺酸含量對其進行合理的調節，維持體內物質的平衡。2牛磺酸的生物學效應2.1抗氧化作用人體在運動時會產生大量的自由基，自由基極不穩定，容易奪取周圍分子中的電子，毀壞細胞內的生化物質，迫使細胞構造發生變化，不能維持正常的生理功能，繼而造成人體免疫力下降，致癌物質增加。人體補充牛磺酸，能減少體內自由基的生成，增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶的活性，對已生成的自由基進行復原，防止人體衰老。田慶偉等[4]在小鼠的膳食中添加含有1%~5%的牛磺酸，對其持續喂養8周，發現超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶的活性均有所增加，他們以為牛磺酸具有明顯的抗氧化能力。在脂質代謝中，細胞內豐富的不飽和脂肪酸在自由基的誘導下極易生成丙二醛，促使膜系統中的蛋白和酶發生交聯反響，生成Schiff氏堿，進而造成膜系統構造改變、功能受損。牛磺酸能減少脂質過氧化，降低血漿中膽固醇和低密度脂蛋白含量，提高高密度脂蛋白水平，防止動脈粥樣硬化，冠心病等心血管疾病的發生。王永輝等[5]研究表示清楚，體內嚴重缺乏牛磺酸的小鼠，其高血脂癥和動脈粥樣硬化病理將相應加重，每日給予服用一定量的牛磺酸之后，小鼠血中的總膽固醇和甘油三酯含量將會降低，講明內源性牛磺酸缺乏易導致血脂異常升高和動脈粥樣硬化性病變，牛磺酸對實驗性高脂血癥有良好的降脂作用。張偉等[6]對患有亞硒酸鈉性白內障的大鼠天天注射2%的牛磺酸溶液，14天后發現其體內丙二醛含量明顯下降，得出牛磺酸對羥自由基、超氧陰離子自由基具有明顯的去除作用，對亞硒酸鈉性白內障晶狀體中的脂質過氧化反響具有明顯的抑制作用。2.2調節鈣離子濃度鈣離子是維持人體各項生理活動不可缺少的離子，它能維持細胞膜兩側的生物電位，保衛肌肉-神經功能的正常傳導。大量實驗研究表示清楚[7~9],牛磺酸能調節細胞內鈣離子的濃度，當細胞內缺乏鈣離子時，牛磺酸能加速胞外鈣離子內流；當細胞內鈣離子過量時，牛磺酸能抑制胞外鈣離子內流，或者增加鈣與某些生化物質的親和力以到達控制游離鈣離子濃度，進而維持細胞的正常生理功能。安文林等[10]考察牛磺酸對新生大鼠腦神經細胞內鈣離子的影響，結果發現，牛磺酸對細胞內鈣離子有雙向調節作用，即牛磺酸能使神經細胞內鈣離子濃度輕度升高，又能使處于高鈣狀態的細胞內鈣離子濃度下降，避免細胞內鈣離子超載，保衛神經細胞免受損傷，加強動物學習記憶等方面的功能。同時牛磺酸還能介入肌肉正常的舒張和伸縮功能。張振漢等[11]采用離體平滑肌實驗技術，考察牛磺酸對小腸平滑肌運動的影響，發如今低鈣條件下，牛磺酸通過鈣離子通道對小腸平滑肌的收縮運動具有正調節作用；在高鈣條件下，牛磺酸則對平滑肌收縮進行負調節。這與安文林等[10]的研究結果基本一致，以上實驗證明了牛磺酸通過對機體組織鈣離子進行雙向調節，來維持細胞正常生理功能，是一種良好的細胞保衛劑。2.3保衛膜穩定和維持體內浸透壓平衡生物膜廣泛存在于機體內的各種組織和細胞中，主要由磷脂雙分子層和膜蛋白構成，組成磷脂雙分子層的主要成分為低熔點的不飽和脂肪酸，在正常的生理狀態下，這些不飽和脂肪酸是運動的，進而保證生物膜具有流動性，使胞內外物質能正常交換，能量正常傳遞。牛磺酸作為一種細胞保衛劑能避免細胞膜上不飽和脂肪酸與外來物質發生酯化、氧化等反響，維持細胞膜的正常功能。早在1992年，Huxtable[12]發現牛磺酸和元素鋅能以復合物的形式插入到視網膜的細胞膜中來維持膜的穩定性，隨后Militante等[13]Nusetti等[14]也證實了牛磺酸與金魚視網膜細胞的增殖、分化和成熟具有密切的聯絡，實驗發現，當牛磺酸到達100molL-1時，膜細胞的增殖分化均到達最大。牛磺酸能夠調節細胞的浸透壓，對于海洋動物而言，其調節作用尤為顯著。牛磺酸能夠改變細胞的容積，進而維持全身體液的平衡。研究發現[15]在下丘腦視上核中牛磺酸含量很高，它能夠通過控制室上核和室旁核神經元的興奮性來維持細胞的浸透壓。張曉丹[16]和薛承斌等[17]都曾報道牛磺酸能調節大鼠和小鼠的骨骼肌、大腦和血小板的浸透壓，可能與細胞膜的跨膜轉運密切相關。對于患有白內障的病人，其眼內晶狀體中山梨酸含量很高，進而導致晶狀體內浸透壓偏高，眼睛失明，長期補充一定量的牛磺酸能夠緩解眼睛內的浸透壓，幫助白內障患者恢復健康[18].2.4影響糖代謝牛磺酸能調節機體內的糖代謝，降低血糖，促進肌細胞對葡萄糖的利用，增加糖原異生，防止人體中樞神經系統過于疲憊，提高運動能力，牛磺酸降低血糖的機制并不是與胰島素受體直接結合，而是通過與受體上的蛋白質互相作用來完成的[19].毛東偉等[20]以為補充牛磺酸能夠改善胚胎組織Pax3及Cx43基因的mRNA及其蛋白的過度表示出，對體內的高血糖進行拮抗，控制糖尿病患者病情惡化。2.5調節氨基酸代謝氨基酸是人體新陳代謝中不可或缺的物質，牛磺酸作為一種營養補充劑能提高并穩定人體內供能氨基酸〔BCAA,主要為支鏈氨基酸〕的濃度，據推算，人體每消耗1mol的BCAA即可產生42mol左右的ATP;BCAA含量增高，能夠與體內芳香族氨基酸發生競爭性抑制，干擾中樞神經系統中多巴胺及腎上腺素神經傳導功能，使中樞系統保持興奮狀態，延緩大腦疲憊。吳燕波等[21]發現對力竭的大鼠補充牛磺酸后發現，其體內支鏈氨基酸含量明顯增高，大鼠的運動能力得到了顯著提高。3牛磺酸與運動能力一百多年以來，科學家一直致力于從各個角度來研究人體運動性疲憊產生的原因，當前比擬一致的看法是人體在運動經過中會不斷產生自由基，如超氧陰離子、羧基自由基、一氧化氮自由基等，同時隨著運動的進行，能量的直接來源ATP會不斷消耗，血糖、蛋白質、脂類物質濃度逐步下降，能量代謝出現紊亂，鈣離子穩態被毀壞，人體疲憊感逐步增加，運動能力大大降低。牛磺酸對提高運動能力具有顯著的作用，Decombaz等[22]報道了運發動在馬拉松比賽或100km賽跑等耐力運動中，肌肉會釋放大量的牛磺酸來維持血漿中牛磺酸的缺乏，保證人體正常的生理運動。假如體內缺乏牛磺酸，其運動能力將會遭到嚴重的影響。Ito等[23]通過敲除牛磺酸轉運體基因，使模擬小鼠骨骼肌中幾乎不存在牛磺酸，與野生小鼠進行一樣負荷運動，結果發現，牛磺酸轉運體基因敲除后的小鼠的運動能力比野生小鼠低80%.李健康等[24]通過研究牛磺酸對運動中骨骼肌功能的影響也證實了其具有一定的抗疲憊和抗運動性損傷作用。在運發動訓練經過中，牛磺酸作為一種外源性營養補充劑，能顯著提高紅細胞谷胱甘肽過氧化物酶的活性，避免脂質過氧化，保衛心肌線粒體功能和防止心肌受損。侯香玉等[25]發現，運動力竭后的大鼠體內超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶含量均降低，心肌線粒體構造遭到毀壞，補充一定量的牛磺酸后，其體內超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶含量逐步升高，運動能力得到顯著加強，而對力竭后的大鼠補充與牛磺酸構造類似的丙氨酸，其運動能力沒有能得到明顯改善，講明體內牛磺酸是維持運動能力所必需的，外源性的攝取牛磺酸能夠使運動能力得到進一步的加強。補充牛磺酸除了增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶含量之外，也能顯著提高體內乳酸脫氫酶的含量。研究表示清楚[26],人體經過長時間高強度的運動訓練之后，體內會積累大量的乳酸，促使肌肉產生強烈的酸痛感。乳酸脫氫酶能夠將乳酸進行分解，間接到達去除乳酸的目的，緩解人體長時間運動后身體出現的不適。劉華榮等[27]等對小鼠給予不同劑量的牛磺酸，通過檢測小鼠負重游泳后的存活時間以及體內血乳酸的含量，發現牛磺酸能增加體內肝糖原，降低血乳酸含量，進而緩解了小鼠體力疲憊。黃廣良等[28]也報道了針對游泳運發動的本身特點，在訓練中進行牛磺酸復合功能性飲料的補充，提高運發動的有氧耐力水平和運動水平，冬訓期間未出現過一例過度疲憊現象。以上研究表示清楚，牛磺酸的抗氧化作用是其抗運動性疲憊的主要機制之一。另有研究表示清楚[29~30],在運動經過中補充牛磺酸可使血漿中的支鏈氨基酸〔BCAA〕濃度逐步增高；與運動組相比，體內纈氨酸和亮氨酸含量分別提高15%和25%;芳香族氨基酸〔AAA〕的濃度無明顯變化；AAA/BCAA比值降低；保持中樞神經系統的興奮性，進而延緩了運動型疲憊的出現。4結束語牛磺酸具有廣