張雙雙張林張成崗

1蘇州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇 蘇州 215021）2軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所（北京 100850）

微生態(tài)制劑在運動領(lǐng)域的應(yīng)用

張雙雙1張林1張成崗2

1蘇州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇 蘇州 215021）2軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所（北京 100850）

運動；微生態(tài)制劑；腸道菌群；腸道黏膜屏障

微生態(tài)制劑也叫活菌制劑或生菌劑，是指運用微生態(tài)學(xué)原理，利用對宿主有益無害的益生菌或益生菌的促生長物質(zhì)，經(jīng)特殊工藝制成的制劑。隨著微生態(tài)學(xué)理論研究的不斷深入，微生態(tài)制劑也隨之迅速地發(fā)展起來。國際上將微生態(tài)制劑分為益生菌、益生元和合生元3個類型。

正常情況下，腸道微生態(tài)處于平衡狀態(tài)，運動與腸道微生態(tài)關(guān)系密切。有研究表明，運動員在長時間、力竭運動中或者運動后產(chǎn)生惡心、嘔吐、腹脹、腹痛、腹瀉、呼吸道感染等癥狀時，運動員的腸道微生態(tài)平衡被打破。補充微生態(tài)制劑可以增強運動員的腸道黏膜屏障功能，提高運動員的免疫力、抗氧化能力，而且有研究發(fā)現(xiàn)補充微生態(tài)制劑可以提高運動員的身體機能，促進劇烈運動后的疲勞恢復(fù)[1]。

本文主要綜述近十年來微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動領(lǐng)域的研究進展，探討微生態(tài)制劑對運動員及體育愛好者的保護作用及其機制，探討微生態(tài)制劑發(fā)揮有益作用的機制，為微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動領(lǐng)域提供理論依據(jù)，同時為提高運動員運動能力提供新思路。

1 運動與腸道微生態(tài)

腸道不僅是消化吸收器官，而且是重要的免疫器官，人體70%以上的免疫功能在腸道。據(jù)估計，正常成人體內(nèi)的腸道細菌總重約達2 kg，細菌數(shù)量達1014個，其中包括益生菌、致病菌、中性細菌，正常成人腸道菌群是人體細胞總數(shù)的10倍，又被稱為人的“第二基因組”。歷經(jīng)長期進化，腸道菌群跟宿主之間建立了穩(wěn)定的互利共生關(guān)系，正常情況下，人體腸道菌群的種類和數(shù)量達到平衡狀態(tài)，腸道微生態(tài)處于平衡狀態(tài)，以專性厭氧菌如雙歧桿菌、乳酸桿菌等為優(yōu)勢菌，并且這些益生菌能夠抑制有害菌、病原體等有害物質(zhì)對腸道的破壞[2]。

腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)引起的腸道微生態(tài)失衡是影響機體各種炎癥、代謝性疾病的最大因素。微生物、宿主代謝、宿主免疫組成的單個網(wǎng)絡(luò)是宿主-環(huán)境相互作用的支撐[3]。研究證實運動對腸道微生物存在一定的影響，雖然這種影響還沒有排除飲食改變對腸道微生物的作用[4]。近幾年，研究報道運動可以改善與年齡相關(guān)的認知障礙[5]，預(yù)防結(jié)腸癌[6]，治療糖尿病[7]、腸易激綜合征等[8]。研究同樣表明，腸道菌群跟胃腸部疾病[9]、結(jié)腸癌[10]、糖尿病[11]、認知障礙[12]等有較大的相關(guān)性。由此來看，腸道微生態(tài)跟運動之間存在較大的相關(guān)性。

大鼠的自愿轉(zhuǎn)輪運動改變機體的腸道菌群結(jié)構(gòu)，顯著增加大腸的短鏈脂肪酸含量[13]。Clarke等人[14]通過比較研究發(fā)現(xiàn)，運動員腸道菌群的種類比正常對照組多。他們選用40名男子國際橄欖球運動員為實驗組，23名高體重指數(shù)（BMI）、23名低BMI的健康男性為對照組。對腸道菌群種類的檢測結(jié)果顯示運動員組的菌群種類是22門、68綱、113屬；低BMI對照組的菌群種類是11門、33綱、65屬；高BMI組對照組的菌群種類是9門、33綱、61屬?？梢姡\動可以增加機體的腸道菌群種類，改變腸道菌群結(jié)構(gòu)。

有研究證實，腸道菌群會直接影響大鼠的運動能力。Hsu等人[15]選擇12周齡雄性無特定病原體（SPF）、無菌（GF）、脆弱擬桿菌（BF）C57BL/6小鼠各8只，通過比較研究發(fā)現(xiàn)，SPF小鼠、BF小鼠的耐力游泳時間均顯著比GF小鼠長。運動員的腸道菌群區(qū)系與身體素質(zhì)關(guān)系密切，服用微生態(tài)制劑可以明顯提高運動員的運動能力[16]。喬德才等人連續(xù)6天跟蹤觀察專業(yè)從事中長跑訓(xùn)練的7名中長跑運動員，提取運動員受試者糞便中的總DNA模板，進行ERIC-PCR擴增，得到反映腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)特征的DNA指紋圖。實驗結(jié)果顯示，部分運動員的腸道菌群區(qū)系結(jié)構(gòu)受運動負荷的影響較小，菌群區(qū)系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，部分運動員的腸道菌群區(qū)系結(jié)構(gòu)受運動負荷的增減發(fā)生較大的波動[17]。運動被公認為是一種健康的生活方式，同時，腸道菌群多樣性的增加有利于新陳代謝和免疫[18]。據(jù)以上研究報道，運動與腸道菌群具有復(fù)雜且明確的相關(guān)性。

2 微生態(tài)制劑補充對腸道黏膜屏障的保護作用

大強度運動或者過度訓(xùn)練會破壞機體的腸道黏膜屏障，增加腸道通透性，引起胃腸部不適甚至是引發(fā)胃腸疾病，腸道通透性增加還會引起細菌移位，致使感染性疾病的發(fā)生。動物實驗研究表明，過度訓(xùn)練會使小腸絨毛水腫增粗，數(shù)目明顯減少，絨毛間隙變大，絨毛高度顯著縮短，出現(xiàn)顯著的萎縮性變化，部分黏膜上皮細胞出現(xiàn)腫脹、變性，甚至壞死等病理性變化[19]。并且，腸黏膜受損時，可激發(fā)上皮細胞、巨噬細胞等產(chǎn)生大量炎性細胞因子作用于細胞間的緊密連接結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腸道屏障的破壞，腸黏膜通透性升高[20]。李世成等人[21]的相關(guān)動物實驗研究表明：過度訓(xùn)練會損壞腸道黏膜屏障功能，致使腸道通透性增加。史艷莉等人[22]發(fā)現(xiàn)，在耐力訓(xùn)練期間，運動性胃腸綜合征陽性的大學(xué)生，運動后的D-乳酸、脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）含量和外周血二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）活性均較運動前明顯升高，且運動后陽性體征者比陰性體征者的D-乳酸、LPS含量和外周血DAO活性也顯著升高，因此他們認為運動性胃腸綜合征與胃腸道黏膜屏障功能損傷密切相關(guān)。

補充嬰兒雙歧桿菌Y1、植物乳桿菌DSM 2648、多形擬桿菌ATCC 29184、大腸桿菌Nissle1917、長雙歧桿菌SP 07/3和鼠李糖乳桿菌等特定益生菌有益于維持腸道屏障功能[23，24]。Gleeson等人、Haywood等人、Pyne等人的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了補充微生態(tài)制劑對腸道黏膜的積極保護作用，他們發(fā)現(xiàn)，給運動員補充益生菌對減少腸道感染性疾病的發(fā)病頻率、嚴重程度、持續(xù)時間等具有重要的臨床意義[25-27]。Lamprecht等人[28]的研究發(fā)現(xiàn)補充益生菌會減少運動員大便中的纖連蛋白（Zonulin），降低由運動引起的腸道通透性增加。史艷莉等人的研究表明，補充魔芋甘露聚糖可以改善運動應(yīng)激導(dǎo)致的腸黏膜形態(tài)學(xué)微損傷，以及顯著改善腸免疫球蛋白A（IgA）漿細胞的減少，降低運動應(yīng)激導(dǎo)致的腸黏膜通透性增加[29]。以上給運動員或者高運動量人群補充微生態(tài)制劑的研究表明，補充微生態(tài)制劑對于增強運動員腸道黏膜屏障功能、減少腸道感染性疾病具有重要的應(yīng)用價值。

對微生態(tài)制劑保護腸道黏膜屏障機制的解釋也逐漸清晰，其主要是通過益生菌對腸道黏膜上皮細胞、緊密連接蛋白（tight junction protein，TJP）及炎癥因子的調(diào)節(jié)改善作用實現(xiàn)。Silvia等人[30]、Puthenedam等人[31]均證實，乳酸菌和雙歧桿菌通過維護細胞骨架和促進緊密連接蛋白ZO-1（zonula occludens-1，ZO-1）及閉合蛋白（Occludin）表達，對表皮生長因子刺激作用增強，修復(fù)EPEC引起的破壞作用，增強腸黏膜屏障功能。楊俊等人[32]報道，乳酸菌應(yīng)用于侵襲性大腸桿菌（enteroinvasive escherichia coli，EIEC）感染后的腸上皮細胞，表現(xiàn)為細胞骨架表達增多，促進TJ相關(guān)蛋白（Claudin-1，Occludin，JAM-1，ZO-1）表達增加，腸壁通透性較感染后明顯改善。熱滅活短乳桿菌SBC8803能夠刺激熱應(yīng)激蛋白和p38MAPK磷酸化，調(diào)節(jié)TNF-α、IL-1β和IL--12的蛋白表達量，增強氧化應(yīng)激條件下的腸黏膜上皮屏障功能，維持腸道穩(wěn)態(tài)，減輕腸道炎癥[33]。

3 微生態(tài)制劑補充對運動員免疫能力的增強作用

呼吸道、泌尿生殖道、胃腸道的黏膜及一些和分泌腺有關(guān)的黏膜構(gòu)成了機體的黏膜免疫系統(tǒng)，機體95%以上的感染發(fā)生在黏膜或由黏膜入侵機體，黏膜既存在局部免疫又存在共同黏膜免疫系統(tǒng)（CMIS）。黏膜屏障是機體非特異性免疫的第一道防線，腸道黏膜免疫屏障主要通過腸道黏膜免疫系統(tǒng)來完成。腸道黏膜免疫系統(tǒng)由腸道相關(guān)淋巴組織（gut associated lymphoid tissues，GALT）和有關(guān)細胞分子成分如淋巴細胞、巨噬細胞、溶菌酶、抗菌肽等組成[34]。腸道黏膜免疫系統(tǒng)的任何部分出現(xiàn)異常，都會對腸道黏膜免疫功能產(chǎn)生一定的影響。

中小強度運動可以提高機體的免疫能力，然而大強度特別是過度訓(xùn)練會顯著抑制運動員的免疫能力，此時運動員易患感冒、胃腸道感染、上呼吸道感染等疾病[35]。長期的大強度運動訓(xùn)練抑制機體的免疫能力。從運動與IFN-γ/IL-4平衡角度來看，大部分研究認為，大負荷運動可使Th1/Th2平衡向Th2方向漂移，IFN-γ/ IL-4比值降低。大強度運動后血漿IL-6、IL-8、IL-10上調(diào)，使IL-2、IFN-γ值下調(diào)，抑制Th1細胞及細胞免疫[36，37]。華巖等人[38]的動物實驗研究表明，力竭運動可導(dǎo)致小鼠免疫球蛋白IgG、IgA、IgM含量和CD3+、CD4+、CD4+／CD8+、NK、NKT顯著下降，即力竭運動通過減少機體的免疫細胞、抗體等抗炎性物質(zhì)，進而抑制機體的免疫能力。李勤等人[39]關(guān)于運動強度、運動量對血液免疫指標影響的系統(tǒng)研究也表明，長期大強度運動會降低機體IgG、IgA、IgM的含量，抑制機體的體液免疫能力。

微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動員的研究表明，給運動員補充微生態(tài)制劑可以提高運動員的免疫能力，減少運動員感染性疾病的發(fā)生。一項對足球運動員腸道菌群結(jié)構(gòu)的研究表明，足球運動員的腸道菌群種類與炎癥反應(yīng)成負相關(guān)，優(yōu)秀足球運動員的腸道菌群種類較普通健康人的腸道菌群種類多，炎癥因子水平較普通健康人的低[14]。Haywood[26]給優(yōu)秀橄欖球運動員補充益生菌4周后，其結(jié)果顯示補充益生菌組運動員上呼吸道感染、腸道感染性疾病的總發(fā)生率比對照組顯著降低；感染性疾病的平均發(fā)病天數(shù)比對照組顯著減少。該結(jié)果表明，試驗組運動員患感染性疾病較輕很可能跟補充益生菌提高機體的免疫能力有關(guān)。

Clancy等人[40]發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運動員疲勞運動后體內(nèi)由CD4+T細胞分泌的IFN-γ含量短缺，補充嗜酸乳桿菌1個月后，運動員全血IFN-γ含量恢復(fù)到健康水平。并且，正常訓(xùn)練運動員補充嗜酸乳桿菌1個月后，其唾液IFN-γ含量顯著增加。Cox等人[41]給優(yōu)秀長跑冬訓(xùn)男性運動員補充發(fā)酵乳桿菌VRI-003菌株4個月后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)補充益生菌組運動員全血的IFN-γ含量比對照組有雙倍的增加。Marzieh等人[42]的研究表明，給運動員補充益生菌30天后可以顯著改善劇烈運動引起的單核細胞數(shù)量下降。然而，Lollo等人[43]的研究表明，給成年Wistar大鼠補充富含嗜酸乳桿菌LA14和長雙歧桿菌BL05兩種菌株的乳酪2周，并沒有發(fā)現(xiàn)力竭運動后，實驗組大鼠的單核細胞數(shù)量比補充普通乳酪大鼠的單核細胞數(shù)量多。不過，該實驗益生菌的干預(yù)時間較短，干預(yù)持續(xù)時間可能是影響益生菌提高機體免疫能力效果的限制因素。Moreira等人[44]對64名男性運動員、35名女性運動員補充發(fā)酵乳酸菌11周的研究發(fā)現(xiàn)，男性運動員腸道乳酸菌增加幅度明顯比女性運動員高，并且，男性運動員比女性運動員表現(xiàn)出更好的抗胃腸道感染、下呼吸道感染的能力。新近研究發(fā)現(xiàn)，運動后補充酸奶可以降低運動應(yīng)激引起的C反應(yīng)蛋白（CRP）含量的增加[45]。

以上研究表明，補充微生態(tài)制劑可以改善腸道黏膜免疫系統(tǒng)，提高機體系統(tǒng)免疫能力，但是對大強度訓(xùn)練后易患感染性疾病的運動員進行腸道菌群測序及血液指標檢測的研究較少，還沒有完全證實腸道菌群結(jié)構(gòu)與機體免疫能力的直接關(guān)系。微生態(tài)制劑發(fā)揮提高機體免疫能力的作用很可能與增加腸道菌群種類具有一定的相關(guān)性[41，45]，但還有待進一步證實。

4 微生態(tài)制劑補充對運動員抗氧化能力的提高作用

研究表明，微生態(tài)制劑可以提高機體的抗氧化能力，并且微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動員的研究也證實了補充微生態(tài)制劑可以減少運動員運動后的氧化應(yīng)激產(chǎn)物，提高機體的抗氧化能力。Sharma等人[46]給16個月齡的Swiss鼠補充富含發(fā)酵乳桿菌奶2個月后發(fā)現(xiàn)，補充發(fā)酵乳桿菌組小鼠的超氧化物岐化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性均比補充普通奶的小鼠高。Mikelsaar與Zilmer[47]的研究表明發(fā)酵乳桿菌ME-3可以增強血清的抗氧化指標；提高低密度脂蛋白抗氧化物質(zhì)，降低氧化的低密度脂蛋白水平；對提高機體抗氧化能力具有一定的積極作用，改善餐后脂質(zhì)及氧化應(yīng)激狀態(tài)。研究報道，發(fā)酵乳桿菌ME-3具有完整的谷胱甘肽系統(tǒng)供其自身進行合成、吸收、氧化還原更新[48]。微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動員的研究同樣表明，補充微生態(tài)制劑可以降低運動機體的氧化應(yīng)激反應(yīng)。Daniele等人[49]通過體外培養(yǎng)技術(shù)，證實鼠李糖乳桿菌IMC501、副干酪乳桿菌IMC502的完整細胞及細胞內(nèi)容物能夠非常顯著地抑制亞油酸發(fā)生過氧化反應(yīng)，并且通過給長時間高強度訓(xùn)練的運動員補充這兩種菌株4周后，發(fā)現(xiàn)這兩種菌株能夠顯著減少運動應(yīng)激引起的活性氧代謝產(chǎn)物（d-ROM）的堆積，增強機體的生物抗氧化能力（BAP），并且顯著降低了劇烈運動后血清肌酸激酶的增加，促進運動員的疲勞消除，提高了試驗組運動員的測試成績。以上研究通過血液指標及主觀評價都證實了益生菌可以降低大強度運動對運動員的氧化應(yīng)激損傷，提高運動員的運動能力。但是，至今對微生態(tài)制劑發(fā)揮保護作用的靶點、機制還缺少研究。還需要更多的人體試驗來證實微生態(tài)制劑降低運動員氧化應(yīng)激損傷的作用，為微生態(tài)制劑應(yīng)用于運動員提供更科學(xué)、可靠的理論支持。

5 總結(jié)

運動與腸道微生態(tài)之間存在密切關(guān)系。微生態(tài)制劑對腸道黏膜屏障具有顯著的保護作用，補充微生態(tài)制劑有望成為防治運動性胃腸綜合征的有效干預(yù)手段。微生態(tài)制劑可以增強機體的腸道黏膜及系統(tǒng)免疫，微生態(tài)制劑補充可以降低大強度運動引起的氧化應(yīng)激對機體的傷害?；谖⑸鷳B(tài)制劑的基礎(chǔ)作用，補充微生態(tài)制劑很可能是通過構(gòu)建腸道微生態(tài)平衡來發(fā)揮以上作用，但尚需進一步研究證實。近些年來研究選用的微生態(tài)制劑具有菌株及益生元特異性，其發(fā)揮作用的可靠性還有待證實。

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2016.06.13

教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目（NO.13YJA890035）

張林，Email：zhanglin001@suda.edu.cn