L-肉碱与运动能力

L-肉碱与运动能力 2005年8月安徽体育科技Aug.2005 26卷第4期(总第110期)—JournalofAnhui—SportsScienceVo1.26No.4(TotalNo.110) L一肉碱与运动能力 L--CarnitineAndExerciseAbility 葛仁锴韩素萍 GeRenkaiHanSuping (曲阜师范大学体育科学学院,山东曲阜273165) (CollegeofPE,QuFuNormalUniversity,Shandong,QuFu273165) 摘要对左旋肉碱在体内分布,代谢,生物学功能及其与运动能力之间的关系作了系统综述;并对其作为 强力手段增强运动能力的具体作用作了进一步的探讨.为左旋肉碱在提高运动能力中的应用提供一定 的理论依据. 关键词I一肉碱代谢作用机制运动能力 中图分类号:G804.7文献标识码:A AbstractAccordingtosummaryofthedistributing,metabolize,biologyfunctionandhemech anismofen— hancingexerciseabilityofL--carnitine.Astoprovidethecertaintheoriesfortheapplicationth atL--carni— tineistoimprovetheexerciseability. KeywordsL--carnitinemetabolizeeffeCtmechanismexerciseability 肉碱(又称肉毒碱,Carnitine,cNT)有L型和D型两种形 式,只有L型具有生物活性,D型是其竞争性抑制剂.L一肉碱 的化学名称为L—p一羟基一7一三甲氨基丁酸(I一p—Hrdroxy一 7一Brtyrobetaine).L一肉碱的分子量为162,白色粉末,易吸潮, 稳定性较好,可在pH3—6的溶液中放置1年以上,能耐2OO'C 以上的高温,它的组合键和官能团具有较好的溶水性和吸水 性.1958年,Fritz发现L一肉碱能加速脂肪代谢率,确立了其对 人体脂肪酸氧化的重要作用.1985年在芝加哥召开的国际营养 学术会议上,L一肉碱被指定为"多功能营养品",已被瑞士,法 国,美国及世界卫生组织(WHO)规定为法定的多用途营养剂. 目前补充一定量的L一肉碱已成为提高运动员运动能力的一种 有效的强力手段. lL一肉碱的体内分布及代谢 肉碱主要存在于动物组织中,早在1905年就已从肉类提 取物中分离出肉碱,但直到1959年它的生理和生化功能才被 阐明.自然界中只存在L一肉碱,它是微生物,动物及植物的基 本成分之一.大多数的动物具有合成I一肉碱的能力.膳食中 L一肉碱主要来源于动物,植物中的含量很少.人体总肉碱 ,包括游离肉碱(Fc)和脂酰肉碱(EC).肌 (Tc)含量约25g左右 肉肉碱含量为3,4mmol每克干组织,其中8O,9O为FC; 血浆肉碱浓度为41.3,64.3M,其中FC占7O%,8O%.生理 情况下,血浆TC水平波动不大,但FC随不同生理状态会有较 大变化.肉碱主要在人体的肝脏中合成的,人的肾脏和大脑也 合成肉碱,而肉碱含量较高的心肌,骨骼肌无合成肉碱的能力, 其肉碱主要来自血液的转运.L一肉碱的生物合成起始于体内 必需氨基酸甲赖氨酸和蛋氨酸,首先是富含赖氨酸的蛋白质, 在蛋白质甲基化酶的催化下,由S一腺苷蛋氨酸供给甲基将多 肽链中的赖氨酸转化为三甲基赖氨酸,随后通过体内蛋白酶水 解生成三甲基赖氨酸,三甲基赖氨酸再通过四步酶促反应合成 I一肉碱.在此过程中还需烟酸,维生索c,维生索BFe.的参 与,其中维生索c对肉碱的合成速度影响最大.合成一分子肉 碱需一分子赖氨酸和三分子蛋氨酸,赖氨酸提供碳链和氮原 子,蛋氨酸提供甲基.正常情况下,人体的肉碱主要以游离形式 或酰基肉碱形式由肾脏排泄,但9O%以上被近端肾小管重吸 收,每天排出量的多少取决于食物中肉碱的含量.运动训练可 引起每日肉碱排泄增加.有实验指出,对3名体院学生进行几 种递增负荷跑步后,日肉碱排出量大大增加[1].另外,尿肉碱排 泄量还与时间,性别,年龄等有关,通常情况是白天多于夜间, 男性大于女性,老年人排泄率略低. 2L一肉碱的生物学功能 2.1转运脂肪酸进入线粒体内膜的载体作用 脂肪酸是人及哺乳动物的主要能源物质.在0供给充足 第一作者简介:葛仁锴(1979一),男.在读硕士研究生,研究方向:运动生理. ?77? 安徽体育科技 的条件下,脂肪酸可在体内分解成CO及HO并释出大量能 量,以ATP形式供机体利用.脂肪酸在氧化前必须活化,活化 在线粒体外进行.内质网入线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在 ATP,CoSAH,Mg存在的条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰 CoA.脂肪酸的活化在胞液中进行,而催化脂肪酸氧化的酶系 存在于线粒体的基质内,因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体 内才可能代谢,而长链脂酰CoA不能直接透过线粒体内膜,它 进入线粒体需要肉碱的转运.线粒体内膜外侧面存在肉碱脂酰 转移酶I,它能催化长链脂酰CoA与肉碱合成脂酰肉碱,然后 在线粒体内膜内侧面的肉碱一脂酰肉碱转位酶的作用下进入 线粒体基质内.进入线粒体内的脂酰肉碱则在位于线粒体内侧 的肉碱脂酰转移酶I的作用下转变为脂酰CoA并释出肉碱.脂 酰CoA即可在线粒体基质中酶体系的作用下进行氧化.肉碱 脂酰转移酶I是脂肪酸p氧化的限速酶,FC的含量也影响长链 脂酰CoA进入线粒体的速率.另外补充I一肉碱还可促进脂肪 动员. 2.2调节线粒体内酰基CoA/CoA比率,促进丙酮酸的氧化 线粒体内酰基CoA/CoA比率的稳定,对能量代谢有重要 作用.若线粒体基质中的乙酰基不及时运出,乙酰CoA/CoA比 率上升,对丙酮酸脱氢酶有抑制作用,从而影响丙酮酸的氧化. 肉碱可促进丙酮酸氧化变为乙酰CoA而非接受NADH+H而 被还原成乳酸,从而减少乳酸生成. 2.3加速支链氨基酸的氧化 线粒体中含有的肉碱酰基转移酶既能够转移直链,也可以 转运支链的酰基到肉碱.训练和运动可以促进支链的氨基酸氧 化,这一现象主要与支链酮酸脱氢酶的活性增加有关.肉碱可 以促进支链的酰基CoA与肉碱结合成酯,从而减少过量的支链 酰基CoA对支链酮酸脱氢酶的抑制,有利于其氧化利用口].同 时,一些支链酰基是亮氨酸,异亮氨酸和缬氨酸的代谢产物,支 链酰基的及时运出有利于这些氨基酸的正常代谢.肉碱可参加 支链氨基酸代谢产物的运输,从而促进了支链氨基酸的正常代 谢.此过程由肉碱酰基辅酶A催化完成. 2.4其它功能 高秋菊[5等人研究发现,给小鼠肉碱使大脑组织中Ach含 量明显升高,Ach是维持高级神经活动的一种重要神经介质, 在调节学习记忆功能方面具有重要作用.肉碱对认知能力和识 别能力的提高机制可能是通过合成Ach增多而发挥生物学效 应的;促进乙酰乙酸的氧化,在酮体的消除和利用中起到一定 的作用[6];增加NADH细胞c色素还原酶,细胞色素氧化酶的 活性,加速ATP产生;从酮类物质中产生能量,调节血氨浓度; 提高Na/K一ATP酶的活性,稳定细胞膜. 3运动与L一肉碱 3.1运动对L一肉碱的影响 目前运动对L一肉碱代谢影响比较一致的观点是,运动训 练对血浆TC浓度的影响不大,FC在训练后可出现降低,EC相 应增加.许豪文[8等人实验证实,安静状态下,常人血浆TC浓 ?78? 度与训练有索的耐力运动员没有明显的差异;李协群[g等观察 到,运动员训练前后血浆TC浓度也没有任何改变.对这一现象 的解释没有统一的定论,AngeliniC等[】们认为是运动中肌肉肉 碱丢失增多,而血浆中肉碱被酯化增加;Carlin等[11]则认为,运 动后肌肉TC没有改变,血浆中肉碱的部分改变可能是肝脏肉 碱交换的结果. 3.2I一肉碱对运动能力的影响 3.2.1L一肉碱与体重 脂肪的增加必将影响运动员的成绩,而L一肉碱通过其转 运脂肪酸进入线粒体内膜的载体作用,可以促进脂肪的利用, 减少体脂的含量,增加瘦体重,从而增强运动能力.Rubin[1, ClouetE"],DyckE"等人的实验证实,L一肉碱能加速脂肪酸转 运速度,提高脂肪酸氧化,从而显着降低体重;朱宝t,eI5]等通过 给肥胖大鼠灌服L一肉碱,每天1次共6周,结果显示,L一肉碱 具有减轻大鼠肥胖程度及相对增加瘦体重的作用;陈世伟[1等 人给膳食诱导的肥胖模型大鼠L一肉碱6周后,肥胖大鼠的体 重增长减慢,体内脂肪含量下降,睾丸与肾周围脂肪的重量显 着减少,并且L一肉碱还可降低肥胖大鼠血胰岛索与瘦索的水 平,从而提示肉碱还有可能通过降低肥胖大鼠胰岛索与瘦索的 内源性抵抗,使胰岛素与瘦素有效发挥生理作用而达到抑制肥 胖的发生. 3.2.2L一肉碱与有氧运动能力 对于补充L一肉碱对有氧运动能力影响目前没有统一的定 论.但总体认为补充一定量的I一肉碱对提高有氧运动能力有 一 ,每搏耗氧 定的作用,主要是通过影响机体的无氧阈,呼吸商 量,雄激素水平,心功能,乳酸消除等方面来发挥作用.王京 钟[1等实验指出:补充L一肉碱能够显着提高无氧阈下的做功 能力,每搏耗氧量;显着降低呼吸商,运动后的血乳酸值,二氧 化碳生成等,从而提高机体的有氧运动能力;张薇El8]等通过给 足球专项大学生口服I一肉毒碱,观察训练前后身体机能及运 动能力的变化得出:L一肉碱能够显着提高运动员各项有氧能 力指标,代单纯有氧能力的通气阈显着增大;李协群[g等研究 竞技运动员长期服用L一肉碱时发现:机体Hb和血浆睾酮水 平升高,心脏功能改善,脂肪氧化分解供能加速,从而提高机体 的有氧运动能力;宋海燕El9]的研究也指出:肉毒碱具有提高线 粒体呼吸酶活性及保护线粒体膜结构的作用,从而保护了呼吸 链的完整性,改善了心肌氧化磷酸化功能,故对促进有氧供能 和提高运动能力具有较大的实用价值. 3.2.3L一肉碱与无氧代谢能力 剧烈运动中,组织缺血,缺氧时,脂酰一CoA堆积,线粒体内 的长链脂酰肉碱也堆积,游离肉碱因大量消耗而降低.堆积的 脂酰一CoA可致膜结构改变,细胞膜通透性升高,膜相崩解而导 致细胞死亡,从而影响机体的无氧代谢能力.足够量的游离肉 碱可使堆积的脂酰一CoA进入线粒体内,减少其对嘌呤核苷酸 转位酶的抑制,使氧化磷酸化得以顺利进行.李志敢z.等人实 验证实,服用L一肉碱可以提高摔跤运动员疲劳消除的速度和 L一肉碱与运动能力第4期 体力的恢复,从而提高机体的无氧运动能力;另外,I一肉碱可 以通过清除过多乳酸,来提高机体的无氧能力.在极量运动和 超极量运动过程中,当超过所谓的"无氧阈"时,肌肉开始利用 无氧情况下获得的能量,产生乳酸.乳酸过多会增加血液和组 织液的酸性,降低ATP的生成,导致疲劳.事实上,部分过多的 丙酮酸并没有转变成乳酸,而是脱羧后以乙酰肉碱的形式储备 起来.乙酰肉碱成为"活化的乙酰基"的储备库,随时将乙酰基 转换给辅酶A,生成乙酰辅酶A,供给三羧酸循环.同时,减少乳 酸性氧债,使人体能承受更多的氧债,即所谓的"乙酰肉碱性氧 债''[2. 总之,运动可以影响L一肉碱的体内代谢过程,长期大负荷 的运动可以使尿排出的肉碱增多,因此,适当补充I一肉碱,可 以缓解因肉碱不足引起的机体运动能力下降的现象,从而提高 运动员的有氧,无氧运动能力.因此补充I一肉碱作为一种强力 手段仍是运动界研究的热点.至于补充的剂量及具体的作用机 制目前尚没有一致的定论,需要进一步的研究. 4参考文献 1翁锡全.肉碱代谢与运动能力.体育学刊.1999(1):35—37 2NobukoHongu.CarnitineandCholineSupplementationwithEx— erciseAlterCarnitineProfiles,BiochemicalMarkersofFatMetabolism — andSerumLeptonConcentrationinHealthyWomen[J].TheJournalof Nutrition,2003,133(1)84—89 3李明,等.肉碱的代谢与运动[J].开封医专学报,2000;19(1):77 4Olde,Jack着.干小英等摘译.甜菜碱和肉碱用于仔猪饲料效果的 研究[J].国外畜牧科技,I997,(4):5—7 5高秋菊.肉碱和长链脂肪醇对小鼠大脑乙酰胆碱的影响[J].中国 公共卫生,2004;20(1):63 6杨能,张惟杰.L一肉碱的生理功能与生物学方法生产[J].生物化 学与生物物理进展,I992,I9(2):81—85 7李志敢.L一肉碱对运动能力的影响[J].现代康复.2000;4(3): 361 8许豪文.肉毒碱的代谢作用及在运动实践中的应用[J].武汉体育 学院学报,1991;(2):87 9李协群.左旋肉碱对竞技运动员生理生化的影响及在运动实践中 的应用[J].体育科学.I996;(4):66 10AngeliniC,eta1.Carnitinedeficiencyofskeletalmusclereportof atreatedcase[J].Neuroloyy,1976;26:633—637 11CarlinJ.I,eta1.Carnitinemetabolismduringprolongedexercise andrecoveryinhumans[J].EurJApplphysiology.1986;16:1275— 1278 12RubinMR,VolekJS,GomezAL,eta1.SafetymeasuresofL --carnitineL--tartratesupplementationinhealthymen[J].JStrength CondRas,2001,I5(4):486—490 I3ClouetP,SemporeG,TsokoM,eta1.Effectofshortandlong carnitineonparametersre— termtreatmentsbyalowlevelofdietaryL-- latedtOfattyacidoxidationinWistarrat[J].BiochimBiophysActa, 1996,19I1299(2):191—197 I4DyckDJ.Dietaryfatintake,supplemenisandweightloss[J]. 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