咖啡因牛磺酸维生素B族在红牛功能饮料抗短期运动疲劳实验中功效的研究

咖啡因、牛磺酸、维生素B族在红牛功能饮料抗短期运动疲劳实验中功效的研究制作人谢艳春引言红牛功能饮料最早起源于泰国，其主料包含咖啡因、牛磺酸、烟酸（维生素B3）、泛酸（维生素B5）、维生素B6、维生素B12，饮用后通过兴奋中枢神经，增强心脏功能，调节能量代谢，营养神经系统以达到抗疲劳，提高工作、运动能力的功效。近年来，随着对咖啡因的药理作用和可能存在的毒性作用研究的深入，人们对食品添加咖啡因的关注日益增多，中国红牛维他命饮料有限公司亦在中国市场开放销售了增加牛磺酸含量的牛磺酸加强型红牛功能饮料，以缓解公众对高咖啡因含量红牛饮料的疑虑。本研究则通过分组对照实验，按中国（京药）健食监字（2004）第S0027号标准的红牛功能饮料配方含量配置单一组分溶剂，测量红牛功能饮料主料中各组分抗短期运动疲劳功效的强弱，探讨红牛功能饮料抗疲劳功效的机制和更改各配方组分含量后抗疲劳功效的改变。[摘要]目的：研究咖啡因、牛磺酸、维生素B族在红牛功能饮料抗短期运动疲劳中的功效，为揭示红牛功能饮料抗疲劳的原理及合理应用提供理论依据。方法：以疲劳仪测量分别给予生理盐水、咖啡因、牛磺酸、维生素B族合剂和红牛功能饮料原液的小鼠的强迫运动时间，并比较各组之间的差异。结果：给予咖啡因和红牛功能饮料原液的小鼠在疲劳仪上运动时间均显著延长，但红牛功能饮料原液此效果更明显，而给与牛磺酸和维生素B族的小鼠运动时间较短，差异具有显著性。结论：咖啡因是红牛功能饮料抗短期运动疲劳的主要功效成分，但红牛功能饮料中尚可能存在除咖啡因、牛磺酸和维生素B族以外的其他功效成分。1材料与试剂1.1实验动物小白鼠（20g~28g）雌雄各半共19只，1.2主要仪器YLS-4C型转棒式疲劳仪、秒表、电子天平1.3主要试剂生理盐水；咖啡因；牛磺酸；维生素B3；生素B5；维生素B6；维生素B12；红牛功能饮料2方法2.1动物筛选将实验用小白鼠置于YLS-4C型转棒式疲劳仪上以30rpm速度预实验1min，凡习惯跳跃、紧抱转棒逃避强制运动或不能在转棒上运动的个体弃置不用，选择通过筛选的20只雌雄各半小白鼠进行实验。2.2分组20只小鼠分别称重、标记和记录，按体重和性别尽量平均分配为5组。2.3给药生理盐水对照组小鼠按体重灌胃给予0.3ml/10g生理盐水；咖啡因组小鼠按体重灌胃给予0.3ml/10g咖啡因溶剂（0.32mg/ml）；牛磺酸组小鼠按体重灌胃给予0.3ml/10g牛磺酸溶剂（4.4mg/ml）；维生素B合剂组小鼠按体重灌胃给予0.3ml/10g维生素B合剂（每毫升含维生素B30.08mg、维生素B50.02mg、维生素B60.02mg、维生素B120.02ug）；红牛功能饮料组小鼠按体重灌胃给予0.3ml/10g红牛功能饮料原液。2.4测量灌胃给药后休息小鼠50min，后将各组小鼠置于疲劳仪上测定运动时间，运动强度为30rpm，记录数据。3统计学处理数据以均数±标准差（x±s）表示，各组与生理盐水对照组进行比较并按（运动时间-生理盐水组运动时间）/生理盐水组运动时间X100%计算运动时间提高百分率。实验结果预计ANTICIPATEDRESULTCAFFEINEGROUP咖啡因能兴奋大脑皮质，高剂量时能兴奋延髓呼吸和心血管中枢[3,4]咖啡因能促进内源性儿茶酚胺的合成和释放，具有正性心血管作用，使心率增快、血压升高[5,6]咖啡因可刺激垂体-肾上腺皮质轴引起促肾上腺皮质激素和皮质类固醇合成释放增加[7]，导致胰岛素敏感性下降，血糖升高咖啡因具有增强体外骨骼肌收缩性的作用[8,9]咖啡因与非甾体抗炎镇痛药合用能增强它们的镇痛作用[10,11,12]TAURINEGROUP牛磺酸在中枢神经系统中可能是作为一种神经递质或调节物质而发挥相应的作用。目前研究最多的是它的抑制性作用[15]在高血压病人及实验性高血压动物体内,牛磺酸的代谢往往是紊乱的,补充牛磺酸加以纠正,可使血压明显下降[18,19]。牛磺酸对正常人体心脏显示轻微负性肌力作用另有人认为牛磺酸还具有骨骼肌松弛作用和降血糖作用VITAMINBMIXTUREGROUPVitB3可经几部连续酶促反应与核糖、磷酸、腺嘌呤组成脱氢酶的辅酶，是氧化呼吸链的重要组成部分VitB5磷酸化得巯基乙胺而生成4-磷酸泛酰巯基乙胺，是CoA）及ACP的组成部分。在体内CoA和ACP构成酰基转移酶的辅酶，广泛参与糖、脂类、蛋白质代谢及肝的生物转化作用VitB6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，磷酸吡哆醛作为糖原磷酸化酶的重要组成部分，参与糖原分解过程结果RESULTSTab.1EffectsofRedbullEnergyDrinkanditsmajoringredientsinanti-short-termexercise-inducedfatigueexperimentGroupDose（ml/kg）NSportingtime（s）Increaserate（%）NS303202.5±45.6——Caffeine3041403±295592.8Taurine30466.5±23.28-67.2VitaminB30428±13.19-86.2Redbull3042529.5±470.51149.1050010001500200025003000NSCAFFEINETAURINEVITAMINBREDBULLFig.1SPORTINGTIMEOFMICEFEDWITHDIFFERENTSOLUTIONS(s)-1001003005007009001100CAFFEINETAURINEVITAMINBREDBULLFig.2INCREASERATEOFEACHGROUP(%)CAFFEINETAURINEVITAMINBUNKNOWNFig.3CONTRIBUTIONOFREDBULLENERGYDRINKMAJORINGREDIENTSINTHEANTI-SHORT-TERMEXERCISE-INDUCEDFATIGUEEXPERIMENT由实验结果可见，咖啡因组与红牛功能饮料原液组小鼠运动能力相较生理盐水对照组明显增强，但红牛功能饮料组效果更好。而给与牛磺酸和维生素B合剂的小鼠则出现运动能力下降的表现。故可推想，在红牛功能饮料配方三大组分中，咖啡因是赋予其短期抗疲劳功效的主要及高效组分。从查阅的相关文献了解，牛磺酸和维生素B合剂中的各组分具有多种生物活性，可能赋予红牛功能饮料以一定的长期、慢性改善和营养机体，以提高机体疲劳耐受性和增强学习工作、运动能力的功效。讨论DISCUSSSION健康成年人口服咖啡因后,吸收快而完全,生物利用度近100%,达峰时间为30～60min血浆蛋白结合率为10%～35%,半衰期为4.1～6.4h由于咖啡因脂溶性高,主要以简单扩散方式,少部分经低亲和力载体(Km=5.4mmol/L)转运通过血-脑屏障。脑内浓度在口服后5min即上升,30～60min达峰浓度,血浆与脑的浓度之比约为1∶1[1]。因本研究目的主要在于探讨咖啡因在红牛功能饮料短期抗疲劳功效之中的作用，故选择的给药方式和给药后开始检测小鼠运动能力改变的时间是基本合理的。咖啡因细胞水平上主要有四种作用机制[1,2]:①作为细胞肌浆网理阿诺碱受体(ryanodinereceptor)的激动剂,能引发对ryanodine敏感的钙库释放,从而促使肌浆网释放钙离子,增加细胞内的钙离子浓度,同时增强肌纤维对钙离子的敏感性;②抑制磷酸二酯酶,使组织及肌肉内环磷腺苷(cAMP)的浓度升高;③具有γ-氨基丁酸受体拮抗作用;④中枢腺苷受体(A)拮抗剂。腺苷受体分为A1、A2(又可分A2A,A2B亚型)和A3受体三大类,其中A1受体与抑制性G蛋白耦联,能抑制腺苷酸环化酶和某些钙通道(N型与Q型)的活性,而使某些钾通道和磷脂酶C激活。相反,腺苷A2A受体与兴奋性G蛋白耦联,激活腺苷酸环化酶和L型钙通道。咖啡因在体内主要通过拮抗腺苷受体A1和A2A来发挥其主要的药理作用,而对A2B和A3受体所起的作用较小。另外,咖啡因对腺苷受体的作用会导致对其他神经递质的继发性效应,如去甲肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺、乙酰胆碱与谷氨酸。咖啡因是中枢神经系统兴奋药,能提高细胞内cAMP的含量，阻断腺苷A2A受体和GABA受体兴奋大脑皮质,振奋精神,提高其注意力、自信心、工作效率和积极性;增强警觉性和减少疲乏感,提高持久工作能力[3,4]。大剂量可兴奋延髓呼吸中枢和血管运动中枢,增加呼吸频率和深度。由于咖啡因能促进内源性儿茶酚胺的合成和释放，具有正性心血管作用，使心率增快、血压升高[5,6]。咖啡因可刺激垂体-肾上腺皮质轴引起促肾上腺皮质激素和皮质类固醇合成释放增加[7]，导致胰岛素敏感性下降，血糖升高。咖啡因具有增强体外骨骼肌收缩性的作用，很多研究表明,促进Ca2+从肌浆网中释放是这一作用的基本机制。咖啡因可能在三个环节上影响短时间和高强度的运动能力,即速度和反应时间环节、力量环节及爆发力环节。咖啡因具有刺激中枢神经系统和改善神经肌肉传导的作用,从而可以作为一种外源性刺激因素缩短反应时间和运动时间来提高速度,因此能提高短跑和短距离游泳运动员的成绩[8,9]，故国际奥委会规定运动员尿液中咖啡因的浓度不能超过12mg/L。咖啡因与非甾体抗炎镇痛药合用能增强它们的镇痛作用，至今咖啡因作为镇痛佐剂的机制还不是很清楚，其对大型和中型DRG细胞H-电流的抑制作用，可能是发挥抗伤害性感受和用作镇痛佐剂的作用机制之一。H-电流是一类非选择性的主要包括Na、K离子的内向电流。它对细胞静息膜电位的维持，细胞的兴奋性及发放频率的调控起重要作用。H-通道在超极化条件下激活的H-电流使细胞回到静息状态，有助于细胞动作电位的发放和细胞兴奋。咖啡因抑制3种不同直径大小的DRG细胞H-电流的幅度，从而降低细胞的兴奋性，使细胞维持在静息状态，从而发挥抗伤害性刺激及充当镇痛佐剂的作用[10,11,12]。故咖啡因具有显著的提高短期运动能力和抗疲劳功效，也是赋予红牛功能饮料此样功效的主要及高效组分。人体在严重的应激状态或创伤、感染及某些消耗性疾病情况下，体内氨基酸的需要量大大增加，一些本能自身合成的氨基酸在此时也会发生合成供给不足而缺乏，这些随机体外界条件的变化而需要量增加的氨基酸称为条件必需氨基酸。牛磺酸是一种重要的条件必需氨基酸，化学名为a-氨基乙磺酸,是一种含硫氨基酸，属非蛋白质氨基酸，不能和其它氨基酸结合成蛋白质，而以游离形式存在或和胆汁酸形成复合物，大量摄取牛磺酸未见有任何副作用。主要分布在兴奋性较高的组织如神经系统、肌肉组织、视网膜及淋巴细胞和血小板中。牛磺酸在脑内的含量丰富、分布广泛，能明显促进神经系统的生长发育和细胞增殖、分化，且呈剂量依赖性，在脑神经细胞发育过程中起重要作用[13]。其机制为：（1）作为神经细胞代谢活性因子，直接参加神经细胞大分子合成代谢，促进细胞增殖和分化；（2）调节细胞Ca2+浓度和线粒体能量代谢，拮抗一些物质的毒性作用；（3）作为抗氧化物质，阻止氧自由基过氧化过程，保护神经细胞膜的完整性；（4）和其它神经营养素协同作用于神经细胞。猫如果缺乏牛磺酸，很快就会导致失明。其原因是猫体内不能自身合成牛磺酸，必须由食物提供。人体视网膜中也含有大量牛磺酸，在应激状态下也有缺乏的可能。当视网膜中的牛磺酸降低时，出现结构和功能的变化，人体色素性视网膜炎可能与牛磺酸降低有关[14]。现在认为牛磺酸在中枢神经系统中可能是作为一种神经递质或调节物质而发挥相应的作用。目前研究最多的是它的抑制性作用,如抗癫痫作用、解热、镇痛作用以及对摇头震颤等神经精神症状的抑制作用。牛磺酸能有效地阻止在细胞内Ca2+浓度较高时的Ca2+内流,通过钙稳态的双向调节作用来阻止细胞内钙超载,保护神经细胞,并发挥其增强动物学习记忆等方面的功能[15]。已知细胞膜的脂质过氧化损伤和细胞内钙离子超载是心肌缺血再灌注损伤等多种心血管疾病的主要发病环节之一。近年来大量的实验研究利用