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摘要 研究目的：研究通过外源性地补充丙酮酸，观察长期地外源性地补充丙酮酸对机体 能量代谢及其对控体重的影响。 研究方法：将w i s t e r 雄性大鼠2 0 只随机分为对照组和补充丙酮酸实验组，实验组 的丙酮酸补充剂量为o 5 克千克体重天。连续喂养4 周。采用天平称量体重并计算4 周前后的体重差；采用便携式血糖仪测定游泳1 小时后的大鼠血清动静脉血糖差；采用 比色法测定游泳1 小时后的大鼠血清总胆固醇和血清游离脂肪酸含量。 研究结果：4 周的丙酮酸补充可明显控制体重增长( p 0 0 5 ) ：明显提高血清游离脂肪 酸浓度( p o 0 1 ) ：血清总胆固醇浓度明显下降( p o 0 1 ) ：动静脉血糖差明显升高 ( p o 0 1 ) 。 研究结论：丙酮酸补充可明显控制大鼠体重增长速度，其机制可能是通过促进机体 对糖的吸收与利用从而促进糖代谢、加快脂肪酸动员和脂肪酸利用，使机体能量代谢水 平提高而发挥作用。 关键词：丙酮酸，大鼠，游泳，脂肪代谢，体重控制。 a b s t r a c t t h es t u d yo b j e c t i v e ：b yt h ep y r u v a t es u p p l e m e n to nt h er a tb o d yf r o mt h eo u t e r d e r i v a t i o n ，w ew o u l dl i k et oo b s e r v et h ee f f e c t sa tt h ee n e r g ym e t a b o l i s ma n dw e i g h t c o n t r o l l i n gt ot h er a tb o d y t h es t u d ym e t h o d ：2 0m a l ew i s t e rr a t sw e r er a n d o m l yd i v i d e di n t o2g r o u p s ：t h e c o n t r o lg r o u pa n dt h eg r o u pw i t hp y r u v a t es u p p l e m e n t t h ed o s eo ft h ep y r u v a t e s u p p l e m e n tw a s0 5 9 肚g d t h eb r e e d i n gt i m ew a s f o u rw e e k s 。w ed e t e r m i n e dt h eb o d y w e i g h to ft h er a t sw i t ht h eb a l a n c ea n dh a v ef i g u r e do u tt h ed i f f e r e n c eo ft h eb o d yw e i g h t i n4w e e k s w ed e t e r m i n e dt h es e r u mg l u c o s ed i f f e r e n c ei nb o t ht h ea r t e r ya n dv e i nw i t h t h ep o r t a b l es e r u mg l u c o s ei n s t r u m e n tm a d ei nj a p a na f t e rt h es w i m m i n gi no n eh o u lw e d e t e r m i n e dt h es e r u mt ca n df f ab yc o l o r i m e t r y t h es t u d yr e s u l t s ：t h er e s u l t ss h o w st h a tt h ep y r u v a t es u p p l e m e n tf o r4w e e k sc a n r e m a r k a b l yi n c r e a s et h es e r u mf f a ( p 0 0 1 ) a n dt h es e r u mg l u c o s ed i f f e r e n c ei nb o t ht h e a r t e r ya n dt h ev e i n ( p 0 0 1 ) a n dc o n t r o lt h er a t s b o d yw e i g h t ( p 0 0 5 ) ；a tt h es a l n et i m e ， d e c r e a s et h es e r u mt c ( p 0 0 1 ) t h ec o n c l u t i o n ：i tc o n c l u d e st h a tt h ep y r u v a t es u p p l e m e n tc a nd e c r e a s et h eb o d yf a t g a i no ft h er a t s t h r o u g ha c c e l e r a t i n gt h ef a tm e t a b o l i s ma n dt h ef 礅u t i l i z a t i o na n d p r o m o t i n gt h ee n e r g ym e t a b o l i s mo f t h eb o d y k e yw o r d s ：p y r u v a t e ，t h er a t s ，t h es w i m m i n g ，t h ef a tm e t a b o l i s m ，t h ec o n t r o l l i n go f t h eb o d yw e i g h t 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下独立进行研究工作取得的研究 成果。除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：锣年多月钿 学位论文版权使用授权书 本人完全了解武汉体育学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文，并编入有关数 ， 据库。 储繇，哟新虢邋嗍僻钾钼 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响 2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 1 前言 1 ，1 丙酮酸在代谢中的理论意义 丙酮酸是机体产生的一酮酸，是糖代谢的中间产物。丙酮酸被认为是在所有能量 代谢物质中最具有“影响作用”的化合物，它所占有的代谢位置正好在糖酵解，乙酰c o a ， 乳酸，草酰乙酸，苹果酸，各种氨基酸之间的联系中心n3 。丙酮酸通过乙酰c o a 和三羧酸循 环实现体内糖，脂肪，氨基酸之问的相互转化，因此在三大营养物质的代谢中起着重要 的枢纽作用。丙酮酸的代谢去路有以下几个方面：( 1 ) 进入线粒体，经三羧酸循环和呼 吸链的氧化磷酸化，最终生成二氧化碳和水产生a t p ：( 2 ) 当糖酵解速度超过有氧代谢速 度时被还原为乳酸：( 3 ) 生成乙酰肉碱( 体内丙酮酸的“额外储存库”) ；( 4 ) 肌肉中生成 丙氨酸释放入血，经血液运输进肝脏，在肝脏中经糖异生为葡萄糖在释放回血液，维持 “丙氨酸一葡萄糖循环 而此循环具有重要的生理意义；( 5 ) 糖异生作用， 体内乳酸、 丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等非糖物质转变为葡萄糖是由丙酮酸开始的，而葡萄糖是合 成糖原的唯一原料乜，。 此外，由于丙酮酸极易穿过线粒体内膜，通过体内的“柠檬酸一丙酮酸 穿梭作用， 把在线粒体基质中经由脂肪酸的1 3 一氧化作用和丙酮酸的脱羧作用而生成的乙酰c o a 转 运至胞浆，而乙酰c o a 是胞浆中脂肪酸生物合成的启始物。 所以，研究丙酮酸在代谢上具有极其重要的理论意义。 1 2 丙酮酸在运动人体科学中的实践意义 综合国内外的研究报道，丙酮酸与下列现象之间存在着相关性： 1 丙酮酸与减肥 2 丙酮酸与糖原含量 3 丙酮酸与骨骼肌耐力 4 1丙酮酸与血脂和胆固醇 5 丙酮酸与心功能 6 丙酮酸与抗氧化能力 7 丙酮酸与运动中的主观感觉状态 综上所述，研究丙酮酸在运动人体科学中具有极其重要的实践意义。 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 2 文献综述 2 1 国内外研究现状 1 9 9 7 年，丙酮酸作为一种新型营养补剂在美国开始投放市场后即受到热烈的欢迎， 引起了众多医学和营养学专家的极大兴趣。目前，国内外关于丙酮酸应用的研究还处于 起步阶段，主要集中在以下几个方面： 2 1 1 丙酮酸与减肥 1 9 8 6 年，s t a n k o 等口3 用大鼠作实验；1 9 8 9 年，s t a n k o 等h 1 又用猪作实验，分别在 实验组饲料中加入丙酮酸和二羟丙酮混合物，在对照组饲料中加入与丙酮酸和二羟丙酮 同等能量的多糖，分别喂养一段时间后，观察到实验组体重增长减少，体脂含量下降， 而对肌肉蛋白储量无影响的相似结果。 1 9 9 2 年，s t a n k o r t 等1 开始在人体上作实验。他们用1 3 名肥胖女性为实验对象， 她们的年龄、体重、体重指数、体脂、瘦体重、静态代谢率等基本相同。受试者采用极 低的能量饮食( 2 1 m j d ) 并随机分成二组：实验组中用丙酮酸1 6 克和二羟丙酮1 2 克 代替饮食中的部分碳水化合物，丙酮酸占饮食总能量的1 3 ，而对照组则用多糖代替。 在实验中，受试者除了去厨房和卫生间外均需呆在床上。三周后的结果表明，实验组的 体重和体脂分别下降了6 5 0 3 千克和4 3 0 2 千克，而对照组体重和体脂分别下降 5 6 0 2 千克和3 5 0 1 千克。s t a n k o 等哺1 又以1 4 名肥胖女性为实验对象，实验设计 与第一次相似，采用较低的能量饮食( 4 2 5 m j d ) 。实验组采用3 0 克的丙酮酸代替饮食 中的部分碳水化合物，对照组仍用同等能量的多糖( 2 2 克) 代替。三周后，实验组与对 照组体重分别下降了5 9 千克和4 3 千克。体脂分别下降了4 o 千克和2 7 千克。研究 认为，在极低和较低的能量饮食中加入丙酮酸可以促进体重和体脂下降。 1 9 9 8 年，k a l m a n 等n 1 用5 6 名健康肥胖个体进行研究，每天补充6 克丙酮酸，持续 时间6 周。结果发现实验组减少了体脂，增加了瘦体重，改善了精神状态。1 9 9 9 年， k a l m a n 鹏3 又对2 6 名健康超重的男性和女性进行实验。受试者饮食中加入丙酮酸，剂量为 6 克天，结合每周3 天，每天4 5 6 0 分钟的轻度运动，持续6 周。结果观察到实验组 体重下降了1 2 千克( p 0 0 0 1 ) ，体脂下降了2 5 千克( p 0 0 0 1 ) ，体脂百分比由2 3 o 下降至2 0 3 ，与对照组相比具有显著性差异。研究者认为，每天饮食中补充6 克丙 酮酸，持续6 周，结合轻度的体育运动，能促进体重和体脂下降。 2 0 0 2 年，朱惠莲等凹1 从9 0 只大鼠中挑选出4 0 只肥胖大鼠，随机分为4 组对照 组1 个，试验组3 个。3 个实验组分别给与6 0 0 毫克千克天、3 0 0 毫克千克天、1 5 0 毫克千克天的丙酮酸补充，每天给与每只大鼠2 0 克饲料，吃完后不再添加，每周记 录每只大鼠的体重，4 周后，高、中、低剂量组的体重显著低于对照组( p 0 0 5 ) ，而 高剂量组显著低于低剂量组( p 0 0 5 ) 2 0 0 3 年，陈世伟等n 叫把6 0 只雄性肥胖模型大鼠随机分为4 组，每组1 5 只。一个对 照组，低、中、高三个剂量组分别给与0 1 克千克、o 3 克千克、1 0 克千克的受试 物丙酮酸钙，对照组给与蒸馏水，连续6 周，结果剂量组的体重小于对照组，高、中、 低剂量组的体重分别与给与的剂量呈反比平行。提示丙酮酸有降体重的显著性作用。 2 0 0 3 年，王翔n 以韩山师范学院田径集训队中长跑项目男性队员8 人为研究对象， 对照组服葡萄糖，试验一组服丙酮酸钙，试验二组服丙酮酸钙加肉碱。他得出结论：丙 酮酸一肉碱复合剂对控制体重有一定的应用价值。 2 0 0 6 年，刘丽红等n 2 3 以天津体育学院男性摔跤队运动员2 2 人为研究对象，随机分 成二组，每组1 1 人，对照组服用安慰剂，试验组服用丙酮酸钙，采用双盲法口服给药， 2 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 每天6 克，每天2 次，持续8 周。结果发现丙酮酸能有效地降低摔跤运动员的体重和体 脂含量。 目前，有关丙酮酸控体重和降体脂的机理研究不多，且基本处于间接推测阶段。较 早进行丙酮酸研究的s t a n k o 等人认为，由于用丙酮酸喂养的肥胖大白鼠安静时的耗氧 量明显增加，呼吸商降低，所以长期补充丙酮酸控体重和降体脂的部分原因是由于安静 时的能量代谢率和脂肪酸氧化的增加。 总结前人对丙酮酸控体重和降体脂机理的推测，可能有以下几个方面： ( 1 ) 外源性补充丙酮酸，增加丙酮酸脱氢酶系的活性，使三羧酸循环较快进行，消 耗大量的热量，从而抑制脂肪合成。另一方面，活跃的三羧酸循环可加速脂肪酸动员从 而消耗体脂。 ( 2 ) 另一可能的机制是，丙酮酸补充可以增加丙酮酸一磷酸烯醇式丙酮酸循环无 效循环，从而消耗能量。 ( 3 ) 安静时代谢率增加可能由于血液甲状腺素浓度升高引起，因为长期补充丙酮酸 和二羟丙酮可以引起血液甲状腺素浓度升高h 利。 ( 4 ) 另一种解释是丙酮酸补充引起血液胰岛素浓度下降h 4 1 ，因而有利于脂肪酸氧化。 2 1 2 丙酮酸与糖原含量： 关于丙酮酸与糖原含量的报道很少。1 9 8 6 年，s t a n k o 等n 3 3 曾观察到饮食中长期添 加丙酮酸和二羟丙酮的鼠尸体总糖原量升高。1 9 9 2 年，s t a n k o u 4 1 在一篇研究中，将受试 者分为对照组和实验组，对照组食用含有1 0 0 克麦芽糖糊精的标准膳食，试验组食用补 充1 0 0 克丙酮酸一二羟丙酮的标准膳食，膳食补充7 天后的运动前，对照组肱三头肌糖 原含量为8 8 m m o l k g w w ，而试验组为1 3 0 m m o l k g w w 。 然而，1 9 9 0 年，s t a n k o n 射进行的另一个相似的研究却发现补充丙酮酸一二羟丙酮并 不影响糖原含量。他们的研究为丙酮酸一二羟丙酮和高糖膳食组，补充7 天后让受试者 以7 0 v 0 抽。进行自行车运动至力竭。结果，丙酮酸一二羟丙酮组力竭时间7 9 分钟比高 糖膳食组6 6 分钟延长2 0 ，同时，丙酮酸一二羟丙酮组糖氧化量( 2 3 0 1 5 克) 也比高 糖组( 1 6 5 1 7 克) 高2 0 。而运动前二组的股外侧肌糖原量无差异，运动后糖原利用 也无差异。 所以，补充丙酮酸究竟能否增加骨骼肌糖原含量得出了互相矛盾的结果，这有待更 进一步的研究。 2 1 3 丙酮酸与骨骼肌耐力 - ， 2 1 3 1 一次性补充丙酮酸对耐力运动的影响 有关急性丙酮酸补充对耐力方面的研究仅见到一篇报道。b a g b y 等u 副研究了一次性 补充丙酮酸对鼠耐力运动能力的影响。试验组和对照组在跑台上进行力竭性运动时被分 别注入丙酮酸和生理盐水，结果，试验组运动至力竭的时间缩短。试验过程中，试验组 肝糖原和肌糖原的消耗加快，血浆脂肪酸浓度降低。结果提示，运动前和运动中急性补 充丙酮酸可能使有氧运动过程中肝糖原和肌糖原的消耗加快，降低耐力运动能力。 2 1 3 2 持续补充丙酮酸对有氧耐力运动的影响 1 9 9 0 年，s t a n k o 等n7 3 让无训练的青年男性受试者接受含2 5 克丙酮酸和7 5 克二羟 丙酮的高糖膳食，7 天后，受试者以7 0 v o 。m a x 进行功率自行车力竭性运动，对照组运 动至力竭的时间为6 6 分钟，而试验组的运动时间增加了约2 0 ，达7 9 分钟。与此相对 应的是试验组糖的氧化也增加了约2 0 ，而在运动前和运动中，对照组和试验组股外侧 肌中的肌糖原利用率没有差异，但是，试验组的动静脉血糖差明显高于对照组。由此推 测，在高糖膳食中添加丙酮酸和二羟丙酮提高有氧耐力运动能力的机理可能是血糖利用 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响 2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 率的提高，从而减少了肌糖原的分解 与以上研究结果相反，2 0 0 0 年，m o r r i s o n 等n 叫让良好训练的受试者按推荐剂量( 7 克天) 口服丙酮酸7 天，发现受试者血浆中丙酮酸浓度没有增加，高强度( 7 4 - 8 0 v o ：m a x ) 有氧运动能力也没有提高。m o r r i s o n 等认为，本次试验结果与以前结果不同， 可能是由于受试者的训练水平、丙酮酸以及本次试验受试者采用高糖膳食等的试验条件 不同有关。 同样，2 0 0 3 年，v a n 等n 钔让良好训练的自行车运动员，每周服用丙酮酸( 3 克天) 和肌酸( 4 克天) 混合物，观察到试验组和对照组之间在耐力和间歇冲刺能力方面没有 差异。 由此看来，补充丙酮酸能否提高有氧耐力，学者们所做的实验结果并不一致，这值得 进一步研究。 2 1 4 丙酮酸与血脂和胆固醇 1 9 9 2 年，s t a n k o 等啪1 以4 0 名高血脂患者为研究对象，采用高胆固醇、高脂肪饮食， 试验组饮食中加3 6 5 3 克丙酮酸，对照组饮食中加2 卜3 7 克多糖安慰剂。6 周后对照组 中血胆固醇l d l 无变化，试验组血胆固醇和l d l 分别下降了4 和5 ，而h d l 和甘油 三酯的含量没有变化。血胆固醇和l d l 下降，说明丙酮酸补充对降低血清胆固醇和l d l 有一定作用。 低胆固醇、低脂肪饮食加补充丙酮酸基本没有降血脂作用。1 9 9 4 年，s t a n k o 等乜妇 以3 4 名高血脂患者做同样的试验，只是改为低胆固醇、低脂肪饮食，试验组补充2 2 - 4 4 克丙酮酸，对照组服用1 8 3 5 克多糖。结果显示，试验组和对照组血清胆固醇、h d l 、 l d l 、甘油三酯含量均无明显差异，血胆固醇、甘油三酯、l d l 含量在二组之间有1 - 8 的增加趋势，试验组h d l 有4 的轻微升高但不显著。 1 9 8 1 年，g o h e e n 等口纠发现，用含酒精的膳食饲养鼠，同时补充丙酮酸和二羟丙酮， 血浆甘油三酯水平增加了5 倍，但胆固醇和磷脂水平却不受影响。g o h e e n 等认为，在有 酒精存在时，丙酮酸和二羟丙酮促进肝中脂肪的动员和氧化。 c o r t e z 等口剐发现，通过补充丙酮酸和二羟丙酮可以明显降低肥胖z u c k e r 鼠血浆甘 油三酯水平，单独补充丙酮酸对胆固醇总量和h d l 一胆固醇水平没有影响，而补充丙酮酸 一二羟丙酮的混合物可引起胆固醇总量和h d l - 胆固醇同步增高。 2 0 0 6 年，郭英杰等比钔用3 8 只w i s t e r 雄性大鼠作试验，随机分成4 组( 安慰剂对照 组、运动对照组、补充丙酮酸对照组、补充丙酮酸运动组) 。结果，4 周的丙酮酸补充可 明显减缓游泳大鼠体重和体脂的增长速度，丙酮酸组和丙酮酸运动组的t c ，t g ，l d l 显著 低于安慰剂组，而h d l 却高于安慰剂组。 2 0 0 2 年，朱惠莲等旧1 用4 0 只肥胖大白鼠进行试验。随机分成4 组，每组1 0 只。对 照组给与普通饲料，三个试验组分别给与6 0 0 毫克千克体重天、3 0 0 毫克千克体重 天、1 5 0 毫克千克体重天的丙酮酸受试物。结果发现，高剂量组的血清总胆固醇含量 ( t c ) 、胰岛素( i n s ) 显著低于对照组；高、中剂量组的甘油三酯( t g ) 、低密度脂蛋 白胆固醇( l d l c ) 显著低于对照组；高、中剂量组的高密度脂蛋白胆固醇( h d l c ) 显 著高于对照组。 2 0 0 3 年，陈世伟等n 们用6 0 只w i s t e r 雄性肥胖大白鼠进行试验，随机分为4 组。对 照组给与蒸馏水，低、中、高三个剂量组分别给与o 1 克千克体重天、0 3 克千克体 重天、1 o 克千克体重天的受试物丙酮酸，连续6 周。结果，中、高剂量组的t c ， t g ，l e p t i n 显著低于对照组，高剂量组的h d l - c 显著高于对照组。 虽然与其它脂类相比，血脂量较少，但它在机体代谢过程中却非常活跃。目前，有 关丙酮酸与血脂的机理性研究极少，基本上处于间接推测阶段。综合国内外文献，对于 4 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 丙酮酸影响血脂代谢的机理，本人认为，正常情况下，血脂不断进行降解和重新合成， 并保持动态平衡。而血中t c ，t g 水平可以反映脂类的吸收情况，血中h d l c ，l d l c 可 以反映脂类在体内的分解与转化及肝脏代谢情况。血中t c ，t g ，l d l c 的浓度取决于吸 收、内源性生成和清除速度。丙酮酸补充导致了三者的吸收和内源性生成降低和( 或) 清除速度加快。总的原因是丙酮酸能促进线粒体三羧酸循环和氧化磷酸化，使机体能量 消耗加快从而抑制脂肪合成及加速脂肪酸动员。 2 1 5 丙酮酸与心肌功能 1 9 9 4 年，y a n o s j 昭目对麻醉后的狗静脉内灌注丙酮酸，观察到狗混合静脉血氧饱和度、 心输出量、左心室收缩力有明显提高，系统血管阻力下降，心率和血压没有变化。 1 9 9 5 年，r o m a n d 等妲明同样地给麻醉的狗注射丙酮酸，没有观察到狗左心室收缩能 力的增加，却发现心率、左心室每搏输出量增加，左心室舒张末期容积和外周血管阻力 降低，但动脉压没有变化。 2 0 0 1 年，o c h i a i 等啦7 1 发现给麻醉的、心脏处于应激状态下的狗注射丙酮酸可增加 血压变化的速率，并伴随有心肌耗氧量的少量增加。o c h i a i 还发现，补充丙酮酸减少心 肌应激状态下c p a t p 比率降低的程度。 1 9 9 2 年，s t a n k o 等啪3 发现给高血脂症病人的高脂肪、高胆固醇饮食中补充丙酮酸， 病人安静状态下心率下降4 ，舒张压下降6 ，压力改变速率下降1 2 。上述现象的 可能机理是，丙酮酸提高心肌收缩能力是由于提高了心肌细胞的磷酸化能力。 2 0 0 4 年，武汉大学中南医院血管二科的任江华教授晗鲥等以1 8 只纯种日本大耳白兔 为研究对象，随机分为对照组、心肌顿抑组( 心肌顿抑是指心肌短暂缺血恢复血供后不 发生心肌坏死，但其结构、代谢及功能均有损害，且心肌功能障碍往往持续数小时甚至 数天才能完全恢复的现象，又称缺血后心肌功能障碍) 、丙酮酸组。丙酮酸钠于左冠状 动脉前降支结扎前3 0 分钟静脉缓慢推注( 0 5 毫升分钟、1 5 0 m m 0 1 ) 。结果发现，与顿 抑组比较，丙酮酸可明显缓解缺血及再灌注后心肌功能的损害，抑制血清f f a ，l d ( 乳酸) 水平的升高，降低m d a 含量，提高s o d 活性，抑制心肌组织a t p 含量的降低，电镜所见 心肌损伤明显比顿抑组轻。丙酮酸组与对照组比较，各项指标均为显著性差异。他们由 此得出结论，丙酮酸可以减少心肌组织能量消耗，保护线粒体的结构和功能，对顿抑心 肌具有一定的保护作用。 2 0 0 0 年，田新强啪1 用1 2 只新西兰兔麻醉后取出心脏进行离体灌注t y r o d e 液。以 1 1 1 m m o l l 的葡萄糖、乳酸、丙酮酸分别作为心肌功能的碳源物质。结果发现，各组间 的心肌干重、湿重及心肌灌流量五明显差异；而且各组实验前后的心肌灌流量无明显差 异。而，t l , 肌线粒体平均氧耗反应时间( t m i t o ) ：第1 组，丙酮酸组为5 1 0 5 秒、葡 萄糖组为6 7 0 9 秒；第2 组，葡萄糖组6 3 0 7 秒、乳酸组为6 2 0 9 秒。可见， 第l 组丙酮酸灌流时t m i t o 明显快于葡萄糖灌流时的t m i t o ：而第2 组无显著差异。外 源型碳源物的类型对作功处于稳定状态的心肌氧化磷酸化水平有明显的影响。田新强认 为其机制为：( 1 ) 丙酮酸代谢与葡萄糖和乳酸代谢的主要区别为，葡萄糖需经糖酵解， 乳酸需转化为丙酮酸，而胞浆内糖酵解和乳酸转化过程中生成的n a d h 需经苹果酸穿梭 过程进入线粒体而向呼吸链提供还原当量，而丙酮酸可直接进入线粒体参入代谢，无需 n a d h 由胞浆向线粒体内的穿梭运动。乳酸在依赖n a d + 的乳酸脱氢酶参入下，转化为丙酮 酸并生成n a d h ，如果胞内苹果酸穿梭系统转运n a d h 不足够快的话，则用葡萄糖和乳酸 作碳源物时，可因胞浆内n a d h 的增加而抑$ l j s l 酸转变为丙酮酸的过程进而延缓心肌线 粒体a t p 合成的动态适应。s c h o l z 等报道，在心肌作功稳念时灌流乳酸，心肌线粒体内 的丙酮酸含量较低，使丙酮酸脱氢酶磷酸酶活性降低继而使丙酮酸脱氢酶活性降低，导 致基质内还原当量生成相对缓慢而延缓线粒体a t p 的合成反应。在其实验中，心肌作为 5 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 动态适应过程，葡萄糖和乳酸作为碳源物时，可能有类似稳态时的情况而使线粒体氧耗 反应减慢。( 2 ) 有资料表明，丙酮酸灌流心肌可增加线粒体内n a d + 的还原，使线粒体内 n a d h 水平增高，线粒体的有氧代谢能力增强，这可能是丙酮酸灌流心肌时的t m i t o 比葡 萄糖和乳酸灌流时的t m i t o 缩短的另一因素。 中国医科大学第一临床学院麻醉科于帮旭、盛卓人口门在一篇丙酮酸提高缺血再灌 注心肌收缩功能的作用的综述中说，丙酮酸能增加心肌细胞磷酸化电位，降低钙离子 超载，增强肌浆网对钙离子的摄取和释放，减少无机磷酸盐对心肌收缩功能的抑制，使 缺血再灌注心肌收缩功能提高。 2 1 6 丙酮酸与抗氧化能力 c i c a l e s e l 等口的研究结果表明，小肠移植片断血液再灌注后自由基的生成被丙酮 酸明显抑制。同时观察到，对照组移植片断血液再灌注后与移植前相比粘膜损伤明显增 加，而实验组小肠粘膜上的纤毛和腺体完整，没有受到损伤。 1 9 9 6 年，b o l e a b b 纠等用鼠肝细胞研究丙酮酸对缺氧和再氧化损伤的影响。同样观 察到，在缺氧阶段用丙酮酸灌注的肝细胞可以降低自由基的产生和对鼠肝细胞造成的缺 氧损伤。 s a l a h u d e e n a k 口钔等研究报道，丙酮酸可以通过中和过氧化氢作用而抑制过氧化氢 造成的。肾损伤。 d e b o e r ，l m 等口剐和y a n a g f h a 等m 3 同样报道，丙酮酸是一种极好的过氧化氢清除剂。 d e g r o o t ，m j 等聆铂报道，丙酮酸能抑制离体鼠心脏缺血再灌注过程中谷胱甘肽还原酶、 超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性的正常衰减过程。 我国解放军第4 军医大学西京医院胃肠外科学者郝志强等口明用1 8 只雄性s d 大鼠进 行实验。结果证实，丙酮酸对大鼠小肠缺血再灌注损伤具有保护作用，该保护作用与丙 酮酸减少组织中的t n f a ( 肿瘤坏死因子一q ) 和白细胞介素- 6 ( i l - 6 ) 的水平有关。 2 1 7 丙酮酸与血糖含量 1 9 9 0 年，s t a n k o 等口鲫在一个用无训练的青年男性为对象的研究中，在标准饮食中 加入丙酮酸和二羟丙酮混合物，观察摄入7 天后对上肢肌肉耐力的影响。7 天后，受试 者在功量计上以6 0 v 0 2 m a x 进行上臂耗竭性运动。结果发现，安静时、运动中6 0 分钟 实验组动一静脉血糖含量差值均大于对照组，但耗竭性运动后的动静脉血糖差二组间没 有差异：上臂肌中葡萄糖的含量，不论是在运动前还是运动至6 0 分钟时，或者是在耗 竭性运动后，试验组和对照组均有显著性差异。， 1 9 9 0 年，r o b e r t s o n 等h 让无训练的男性接受7 天的2 5 克丙酮酸和7 5 克二羟丙酮 的正常饮食后，发现实验组手臂动静脉血糖差高于对照组。 2 0 0 3 年，王翔h 圳以韩山师范学院田径集训队中长跑项目男性队员8 人为研究对 象，采用双盲法口服膳食补充剂。结果发现，与安慰剂组相比，丙酮酸组安静时和运动 后即刻的静脉血糖水平明显较高，运动后3 0 分钟则明显较低。 对于外国学者的研究结果实验组和对照组在安静时和运动中的动一静脉血糖含 量差值有显著差异，王翔的研究结果与安慰剂组相比，丙酮酸组安静时和运动后即 刻的静脉血糖水平明显较高。前者说明组织利用血糖增高，后者说明静脉血糖浓度增高。 对于其可能的机制，我推测，丙酮酸促进了骨骼肌的三羧酸循环和线粒体呼吸；并且通 过促进“葡萄糖一丙氨酸循环 而提高血糖水平。 2 1 ，8 丙酮酸与主观疲劳感觉 r o b e r t s o n 等h 让无训练的男性接受7 天的2 5 克丙酮酸和7 5 克二羟丙酮的正常膳 6 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 食后，以6 0 v 0 2 m a x 在功量计上进行上臂运动，每1 0 分钟记录一次受试者手臂、腿部、 胸部及整体的主观感觉疲劳程度。发现在最初的5 0 分钟内运动中，试验组与对照组之 间没有差异；运动6 0 分钟后，试验组手臂和整体主观感觉疲劳程度开始低于对照组， 并持续整个运动过程。r o b e r t s o n 等提出，丙酮酸通过增加肌肉葡萄糖利用率改进有氧 能力可能与主观感觉疲劳程度( r p e ) 降低有关。 k a l m a n 等h 2 1 在一个持续6 周，每周运动3 天的研究中发现，按规定剂量补充丙酮酸 ( 6 克天) ，可使无训练的超重男性和女性受试者的运动情绪和疲劳程度得到明显改善。 2 1 9 丙酮酸与其他 1 9 9 4 年，s t a n k o 等h 引用2 6 只被移植了乳腺瘤的鼠作试验，试验组用丙酮酸补充， 3 周后显示，丙酮酸抑制移植肿瘤的生长。 据李宏建报道，美国加州大学的s u h 等对丙酮酸是否能改善胰岛素诱导低血糖大鼠 的转归进行了研究。研究结果发表在d i a b e t e s 上。他们用胰岛素诱导大鼠低血糖，然 后单用葡萄糖、葡萄糖加丙酮酸使血糖恢复正常。在所研究的4 个脑区海马c a 区、 下托层、齿状回、梨状皮层，在加用丙酮酸后神经元死亡减少7 0 9 0 ；3 小时后给与 丙酮酸也能促进神经元存活。m o r r i s 水迷宫评价大鼠的认知功能表明，神经元存活的改 善伴有认知功能的改善。这些结果提示，严重低血糖后给与丙酮酸可以减少神经元死亡 和减轻认知障碍。 2 2 当前研究存在的问题 与国内相比，国外研究丙酮酸应用的文章相应要多一些，但很少涉及机理的研究， 基本上都停留在下述层面上，即实验分为对照组和试验组，对照组服用安慰剂而试验组 服用一定量的丙酮酸至一段时间，然后观察补充丙酮酸对控体重及运动有哪些方面的影 响。至于国内，不仅没有涉及丙酮酸影响运动的机理研究，而且仅有的几篇涉及丙酮酸 应用的文章都集中在丙酮酸与体重、体脂和血脂的关系方面，涉及其他方面的文章极少。 因此，关于丙酮酸与运动这个主题的研究还需要大量的资料积累，这需要科研工作者进 行大量的基础研究工作。 7 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 3 研究目的和意义 3 1 研究目的 通过对照组与丙酮酸补充组的比较研究，探讨外源性的丙酮酸补充与控体重的关 系。而探讨丙酮酸补充与血糖的关系，丙酮酸补充与血浆总胆固醇的关系以及丙酮酸补 充与血浆游离脂肪酸的关系则是为了从机体糖代谢和脂类代谢着手探讨丙酮酸与控体 重的机理 3 2 研究意义 丙酮酸是糖代谢的中间产物，是机体产生的重要的q 一酮酸。丙酮酸被认为是在所 有能量代谢物质中最具有“影响作用 的化合物，它所占有的代谢位置正好在糖酵解， 乙酰c o a ，乳酸，草酰乙酸，苹果酸，各种氨基酸之间的联系中心。如果丙酮酸和乳酸被认 为是糖原分解糖酵解作用的终产物，则丙酮酸进入线粒体转变为乙酰辅酶a 则被认为 是丙酮酸进入三羧酸循环的流量产生步骤。丙酮酸通过乙酰c o a 和三羧酸循环实现体 内糖，脂肪，氨基酸之间的相互转化，因此在三大营养物质的代谢中起着重要的枢纽作 用。丙酮酸的代谢重要性有以下几个方面： ( 1 ) 进入线粒体，经三羧酸循环和呼吸链的氧化磷酸化，最终生成二氧化碳和水 产生a t p 。 ( 2 ) 当糖酵解速度超过有氧代谢速度时被还原为乳酸。 ( 3 ) 生成乙酰肉碱( 体内丙酮酸的“额外储存库 ) 。 ( 4 ) 肌肉中生成丙氨酸释放入血，经血液运输进肝脏，在肝脏中经糖异生为葡萄糖 再释放回血液一“丙氨酸一葡萄糖循环”，而此循环具有重要的生理意义第一，以无 毒的形式运输氨；第二，维持血糖稳定。 ( 5 ) 糖异生作用，体内乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等非糖物质转变为葡萄 糖是由丙酮酸开始的，而葡萄糖是合成糖原的唯一原料旧l ( 6 ) 丙酮酸作为机体糖代谢过程中产生的重要的q 一酮酸之一，它把糖代谢和氨基 酸代谢联系起来。 ( 7 ) 此外，由于丙酮酸极易穿过线粒体内膜，通过体内的“柠檬酸一丙酮酸 穿梭 作用，把在线粒体基质中经由脂肪酸的1 3 一氧化作用和丙酮酸的脱羧作用而生成的乙酰 c o a 转运至胞浆。 研究丙酮酸补充在运动科学中也具有极其重要的实际意义。部分国内外学者研究发 现，丙酮酸补充与控体重( 减肥) 、丙酮酸补充与肌糖原含量、丙酮酸补充与骨骼肌耐 力、丙酮酸补充与血脂和胆固醇、丙酮酸补充与心功能、丙酮酸补充与抗氧化能力、丙 酮酸补充与运动中的主观感觉疲劳存在着相关性。特别是丙酮酸补充与控体重的相关性 研究其实际意义更重要，因为目前肥胖已经成为一种世界流行的、常见的、复杂的、可 以影响整个机体正常生理功能的营养障碍性疾病，肥胖与胰岛素抵抗、与高血脂、与高 血压、与心血管疾病、与脑血管意外、与糖尿病及某些肿瘤等2 0 多种疾病的发生有重 要关系。此外，肥胖者发生非致命性疾病的可能性提高。 8 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 4 研究方法 4 1 研究对象与分组 从湖北省预防医学科学研究院实验动物研究中心购买w is t e r 雄性大白鼠2 0 只，批 号为s c x k ( 鄂) 2 0 0 3 - - - - 0 0 0 5 ，体重1 0 0 - 1 1 9 克，月龄1 5 月。适应性喂养3 天，然后随 机分成2 组空白对照组和丙酮酸补充组，每组1 0 只，分笼喂养。每只大白鼠都编好 号，然后用天平准确称量每只大白鼠的初始重量并作好记录。 对照组补充蒸馏水，实验组口服灌胃丙酮酸钠水溶液，每天一次，剂量为0 5 克 千克体重天。每组大自鼠自由饮水( 自来水) ，每天仔细观察大自鼠的摄食量以确定其 给食量。确定给食量的原则是：让每只大白鼠刚吃够，吃完后不再添加。我在适应性喂 养阶段摸索出的给食量的经验公式为：给食量( 大白鼠体重1 0 ) + 3 9 。我具体的给 食方法为：将每3 天分为一个阶段，第一个阶段( 3 天) 每只大鼠给食1 4 9 ( 刚买来的 大白鼠体重1 1 0 克左右) ，以后每下一阶段( 3 天) 每只的给食量都在上一阶段的给食量 上增加约1 5 9 ，如此连续喂养4 周。喂养期间未发现大鼠饮水、摄食及稀便等异常情况。 实验的前一天给食量减半( 当天应给食量的一半) 。 4 2 指标及测试方法 试验时先用天平准确称量每只大白鼠的体重并作好记录，然后使大白鼠在2 8 - 3 0 度 的水中无负重游泳6 0 分钟后( 注：实验的前一天给食量减半及使大白鼠在2 8 - 3 0 度的 水中无负重游泳6 0 分钟，其目的是使大白鼠相应加强动员脂肪酸供能即使大白鼠血液 中游离脂肪酸浓度相应提高，从而使测定误差相应降低) 捞起，用戊巴比妥钠麻醉，在 解剖台上固定好大白鼠。 4 2 1 动静脉血糖差的测定 尾静脉采静脉血一滴用日本京都公司生产的便携式血糖仪及测试条测定静脉血糖 值，然后心脏采动脉血2 3 毫升放入带盖的离心管并迅速取一滴血用血糖仪测定动脉血 糖值。动脉血糖值减去静脉血糖值即得动静脉血糖差。 4 2 2 血清总胆固醇的测定 心脏采血2 - 3 毫升入离心管，在离心机中以3 5 0 0 转分的转速离心l o 分钟得上层 血清。用北京中生北控生物科技股份有限公司生产的总清胆固醇试剂盒用比色法测定。 4 2 2 1 测定原理 胆固醇脂+ h ：0 玛胆固醇+ 游离脂肪酸 胆固醇+ o 。旦盟_ a 4 一胆甾烯酮+ h ：0 ： 2 h 。0 。+ 4 一氨基氨替吡啉十4 一氯酚乌醌亚胺+ 4 h ：0 血清试剂盒主要成分与浓度见表4 1 ： 9 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 4 2 2 2 测定步骤 波长：5 0 0 n m 反应温度：3 7 比色杯光径：l c m 取l o m l r 2 复溶1 瓶r 1 ( 参看r 1 瓶签) ，溶解后即为工作液。测定步骤见表4 - 2 ： 表4 2 操作步骤 分别混均，在3 7 c 保温6 分钟，以空白管校零，读“a 标准 及“a 样品”。 ( 注：溶液颜色为紫红色) 4 2 2 3 计算 总胆固醇浓度= a 样标准 标准浓度( m m 。l l ) 4 2 3 血清游离脂肪酸 心脏采血2 - 3 毫升入离心管，在离心机中以3 5 0 0 转分的转速离心1 0 分钟得上层 血清。取上层血清，用南京建成生物工程研究所生产的血清游离脂肪酸测试盒用比色法 测定。 4 2 3 1 测定原理 1 0 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响 2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 游离脂肪酸能与铜离子结合形成脂肪酸的铜盐而溶于氯仿中，其含量与游离脂肪酸 的含量成正比。用铜试剂测定其中铜离子的含量，即可推算出游离脂肪酸的含量。 4 2 3 2 试剂组成与配制 ( 1 ) 试剂一：液体，6 0 m l 4 瓶 ( 2 ) 试剂二：缓冲液，4 0 m l 1 瓶 ( 3 ) 试剂三：铜试剂，甲液3 0 m l 1 瓶，乙液3 0 m 1 1 瓶，丙液5 m l 1 瓶。 临用时以甲：乙：丙= 1 0 ：9 - 1 混合配制成铜试剂。 ( 4 ) 试剂四：显色剂，粉剂2 支，稀释液l o m l 2 瓶。 临用时用1 瓶l o m l 稀释液溶解1 只粉剂配制。 ( 5 ) 试剂五：棕榈酸标准品粉剂2 只，溶剂5 0 m l 1 瓶。 临用时将1 只粉剂用溶剂溶解后定容至2 0 m l 混均，棕榈酸标准品浓 度为l m n o l l 。 ( 6 ) 试剂六：双蒸水2 0 m l 1 瓶作空白用。 4 2 3 3 测定步骤 ( 1 ) 分别取玻璃试管( 带盖的磨口试管) 进行编号。 ( 2 ) 先按表4 - 3 操作： 表4 - 3 测定步骤 充分混匀抽提2 分钟，3 5 0 0 转分离心1 0 分钟，仔细吸去上层蓝色液体及蛋白凝块 弃之，吸取下层抽提液2 m l 进行显色( 这步操作分六个小步骤，此处从略) ( 3 ) 接着按表4 - 4 操作： ， 表4 - 4 测定步骤 混匀，室温放置2 分钟，4 4 0 n m 、l c m 光径比色，试剂一调零。 ( 注：溶液颜色为黄色) 4 2 3 4 计算 血清游离脂肪酸含量= 样品管吸光琴磊准管吸光度 标准管浓度( 1 m m 。i l ) 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 4 2 4 体重差的测定 用4 周后的体重值减去初始体重值即得体重差。 4 3 仪器与试剂 4 3 1 仪器 ( 1 ) 数字式可见光分光光度计：7 2 1 e 型，上海光谱仪器有限公司制造。 ( 2 ) 电热恒温水浴锅：h h w 2 1 6 0 0 型，上海跃进医疗器械厂。 ( 3 ) 4 0 0 0 转分的离心机：t g l - 1 6 c 型高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂。 ( 4 )日本京都公司生产的便携式血糖仪。 ( 5 ) 分析天平：t g 3 2 8 b 型，湘仪天平仪器厂。 4 3 2 试剂 ( 1 ) 上海国药集团化学试剂有限公司提供的医用级丙酮酸钠 ( 2 )日本京都公司生产的血糖测试条 ( 3 ) 南京建成生物工程研究所生产的血清游离脂肪酸试剂盒 ( 4 ) 北京中生北控生物科技股份有限公司生产的血清总胆固醇试剂盒 4 4 数据处理 采用s p s s l l 0f o rw i n d o w s 统计学软件进行t 一检验或者校正t 一检验。各组指标的 平均数以x + s 表示。p o 0 1 为非常显著性，p o 0 5 为显著性。 1 2 丙酮酸补充对机体能量代谢的影响2 0 0 8 武汉体育学院硕士学位论文 5 研究结果 5 1 体重增量 实验组经过4 周的丙酮酸补充，其体重增量明显小于对照组( p 0 0 5 具有显著 性) ，提示外源性的长期的丙酮酸补充有明显的控体重作用。结果见表5 1 和图5 - 1 ： 表5 - 1 体重增量平均值比较( 单位：g ) ( 方差不等，用校正t 一检验p 0 0 5 ) 1 3 8 1 4 0 凹1 3 0 21 测1 2 0 霹1 1 0 睁 日1 日黧 豳 豳| l o o e ： 絮9 0 。_i l 1 ；母 | 蛙 瞄 i l _ l ；i