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课件

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。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[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。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。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。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实验结果预计ANTICIPATEDRESULT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CAFFEINEGROUP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]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VITAMINBMIXTUREGROUPVitB3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

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结果RESULTS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Tab.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±470.51149.1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Fig.1SPORTINGTIMEOFMICEFEDWITHDIFFERENTSOLUTIONS(s)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Fig.2INCREASERATEOFEACHGROUP(%)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Fig.3CONTRIBUTIONOFREDBULLENERGYDRINKMAJORINGREDIENTSINTHEANTI-SHORT-TERMEXERCISE-INDUCEDFATIGUEEXPERIMENT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。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讨论DISCUSSSION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、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、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、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。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。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]。

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整体动物模型及器官,在细胞和分子水平上,证实牛磺酸对异丙肾上腺素引起的心肌坏死、高钙离子诱发的心率失常、心肌缺血再灌注损伤等心血管疾病都有防治作用[16]。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肝脏中牛磺酸的作用是与胆酸结合形成牛磺胆酸，牛磺胆酸常以盐的形式存在，对于消化道中脂类的消化吸收是必需的：它能增加各种脂肪酶的活性，加速脂肪水解；可降低脂肪的表面张力，使脂肪乳化成微粒，分散于水溶液中，从而增加与脂肪酶作用的界面，促进水解的进行；还能与甘油一酯结合，促进胆固醇、脂溶性维生素等的消化吸收及胆汁的分泌，增加胆汁排泄量，抑制胆结石形成[17]。还有试验表明大鼠饲料中添加牛磺酸，可显著降低其血清中TG、TC、LDH、AI的水平，增加HDL含量（杨燕等，2002；何天培等，1997；颜崇超，1988），这说明牛磺酸可促进脂肪代谢，有效预防高胆固醇血症及动脉粥样硬化，其作用机制可能与牛磺酸促进胆汁酸生成和粪胆酸排出及调控甲状腺激素代谢有关，还与矿物质代谢有关。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。牛磺酸虽不参与蛋白质生物合成，但可以出现在某些小肽中，如脑组织中的L-谷氨酰牛磺酸。添加牛磺酸可提高蛋白质的消化率从而间接促进动物生长发育。刘晓军等（1996）研究表明，在以酪蛋白为主要蛋白质来源的大鼠饲料中添加1%牛磺酸，可提高蛋白质消化率，其原因是牛磺酸可促进某些激素或酶的分泌，而且增加外源性牛磺酸的摄入量，相应地减少体内牛磺酸的生物合成使更多的含硫氨基酸参与蛋白质的合成从而使蛋白质的质量得到相对提高，这也是肝中牛磺酸能促进含硫氨基酸代谢的原因之一（Hayes,1989）。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IgG是血清中浓度最大的一类免疫球蛋白,占免疫球蛋白含量的70%～80%,在抗体介导的防御反应中起主要作用。牛饲料中添加牛磺酸可提高其血清中IgG,使其明显高于对照组。饮食中缺乏牛磺酸,血中白细胞总数下降,多形核细胞和单核细胞比例异常,过氧化物产量减少,吞噬杀灭葡萄球菌的能力减弱,脾结节及结节内细胞形态均出现异常[20]。可见供给机体足够的牛磺酸有助于保护脑、眼、肝脏功能的完整性，提高机体非特异性免疫力，防治心脑血管疾病，尤其是长期高压生存状态下导致牛磺酸消耗量增大，机体自身合成的牛磺酸供不应求时。牛磺酸组小鼠短期运动能力下降可能与牛磺酸中枢抑制性神经递质作用、负性心力作用、骨骼肌松弛作用和降血糖作用有关。

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VitB3可经几组连续酶促反应与核糖、磷酸、腺嘌呤组成脱氢酶的辅酶，主要包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+和烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸NADP+，两者在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶，分子中的烟酰胺部分具有可逆的加氢和脱氢特性，是氧化呼吸链的重要组成部分。VitB3还有抑制脂肪组织的脂肪分解，从而抑制FFA动员的功能。人类VitB3缺乏症称为癞皮病，主要表现是皮炎、腹泻和痴呆。皮炎常呈对称性并出现于暴露部位，痴呆是因神经组织变性的结果。服用过量的VitB3时很快会引起血管扩张、脸颊潮红、痤疮和肠胃不适等症，而长期大量服用可能对肝有害。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VitB5在肠内被吸收进入体内后，经磷酸化并获得巯基乙胺而生成4-磷酸泛酰巯基乙胺。4-磷酸泛酰巯基乙胺是辅酶A（CoA）及酰基载体蛋白（acylcarrierprotein，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，约有70多种酶需CoA和ACP。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VitB6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺，在体内以磷酸酯形式存在。磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶和脱羧酶的辅酶，能促进谷氨酸脱羧，增进GABA的生成，故临床上常用VitB6治疗小儿惊厥和妊娠呕吐。磷酸吡哆醛还是δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA）合酶的辅酶，而ALA合酶是血红素合成的限速酶。故VitB6缺乏时可有低色素小细胞性贫血和血清铁增高。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。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VitB12是唯一含金属的维生素，是催化同型半胱甘酸甲基化生成蛋氨酸的甲基转移酶的辅基，VitB12缺乏时不利于蛋氨酸生成，同时也影响四氢叶酸的再生，导致一碳单位生成障碍，影响嘌呤、嘧啶的合成，最终导致核酸合成障碍，影响细胞分裂，结果产生巨幼红细胞性贫血。VitB12缺乏还可影响脂肪酸的正常合成，导致髓鞘质的变性退化，造成进行性脱髓鞘和神经系统损害。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可见维生素B族广泛参与体内营养物质的代谢、能量的产生和神经系统正常功能的维持，保证有效维生素B族的供给是保证机体正常功能运作的基础。尽管维生素B族为水溶性维生素，过量多经尿液排泄，很少引起中毒，但因小鼠个体微小及对维生素B族的需求与反应性可能与人类有较大差异，故给与维生素B族合剂的小鼠短期运动能力明显下降可能与急性的VitB3过量中毒和VitB6促进中枢抑制性神经递质GABA生成有关。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综上，由于实验各组小鼠样本太少以及实验条件等各种其他因素的限制，实验结果的可靠性可能并不高，但从现有结果来看，咖啡因是赋予红牛功能饮料短期抗疲劳功效的主要及高效组分。从牛磺酸组和维生素B族合剂组的实验结果来看，单独给与咖啡因应该获得比红牛功能饮料原液组更好的提升短期运动能力的效果，而结果却与之相反，猜想红牛功能饮料作为最初源自东南亚古国泰国的产品，可能尚含有某种未被揭露的不明成分，经过奥地利公司现代化的生产加工，也可能还含有某种现代科学的添加剂，这些不明成分具有与咖啡因相似甚至更强的抗短期运动疲劳功效。另外出于商业机密，其所公布的配方组分及含量也可能不尽真实。牛磺酸和维生素B族合剂从本次实验来看不具备短期运动能力提高效力，甚至具有负性作用，但可能具有长期慢性的改善机体机能，提高疲劳耐受性的作用。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就目前世界功能饮料的发展状况来看，红牛功能饮料一类含咖啡因饮料正面临巨大的挑战，因其咖啡因含量受到严格限制，而不得不以提高长期慢性功效成分的含量来弥补咖啡因含量降低所带来的短期功效丧失。然而这毕竟与其“困了、累了喝红牛”所明显宣扬的抗短期疲劳功效的广告词所不符，故寻找同样具有短期高效抗疲劳作用而相对不受法律法规严格监管的咖啡因替代品迫在眉睫。

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