吳慶悅, 楊 玲, 林文弢

(1.廣州體育學(xué)院,廣東 廣州 510500; 2.韶關(guān)學(xué)院,廣東 韶關(guān) 512000; 3.珠?？萍紝W(xué)院,廣東 珠海 519041)

鋅對(duì)維持人體的正常生理機(jī)能至關(guān)重要。鋅作為幾百種不同酶的催化成分和組成成分,其生物學(xué)功能相當(dāng)廣泛,涵蓋生物的各個(gè)方面,包括生長(zhǎng)、免疫防御、認(rèn)知功能和骨骼健康等,因此鋅離子在生物體中起重要作用。鋅參與機(jī)體的物質(zhì)代謝和能量代謝,具有很強(qiáng)的抗氧化能力和增強(qiáng)人體免疫力的作用,與運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能和最佳運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)揮關(guān)系密切。

1 鋅元素含量與特點(diǎn)

人體所必需的微量元素有14種,包括鐵、鋅、銅、錳、鈷、鉬、鉻、鎳、碘等。鋅作為僅次于鐵元素、居第2位的微量金屬元素,在機(jī)體內(nèi)主要以鋅離子的形式存在,普通成年人體內(nèi)鋅含量很少,僅約2.0～3.0 g,是人體鐵含量的1/2、銅含量的2.5倍、錳含量的12倍[1]。鋅在人體內(nèi)分布不均勻,主要分布于皮膚、肌肉、骨骼、男性生殖器等部位和器官,其中,骨骼肌、骨骼、前列腺和胰腺中含量較為豐富,而在心臟、大腦和血漿中含量較低,血漿中鋅含量?jī)H為0.1%,主要由白蛋白和α2巨球蛋白結(jié)合。此外,血液中也含有鋅元素,紅細(xì)胞中含80%～85%,白細(xì)胞含3%～5%。

鋅具有獨(dú)特的化學(xué)特性,鋅的抗氧化作用和鋅調(diào)節(jié)氧化還原信號(hào)的能力對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體發(fā)育、運(yùn)動(dòng)機(jī)能及免疫系統(tǒng)均發(fā)揮重要作用。同時(shí),鋅可作為第二信使參與氧化還原信號(hào)。鋅作為多種酶活性的中心物質(zhì)參與體內(nèi)多種調(diào)節(jié)代謝,在70%左右的酶中,鋅都具有催化功能,同時(shí)也具有結(jié)構(gòu)作用,作為底物或作為酶活性的調(diào)節(jié)因子[2]。在機(jī)體發(fā)育過(guò)程中,鋅會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激,從而影響人體的細(xì)胞分化、組織修復(fù)及生長(zhǎng)發(fā)育,對(duì)體質(zhì)健康和運(yùn)動(dòng)能力產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 鋅的生物學(xué)功能

鋅參與人體多種生理過(guò)程,包括酶的催化,核酸和蛋白質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)錄調(diào)控,葡萄糖代謝和激素的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和分泌[3],細(xì)胞增殖、存活、分化、功能和應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控,以及參與氧化還原穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)等,影響機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育與能量代謝。

2.1 鋅既可作為結(jié)構(gòu)成分存在于蛋白質(zhì),也可存在于某些酶的催化部位

鋅與機(jī)體蛋白質(zhì)的關(guān)系十分密切。鋅是構(gòu)成含鋅酶蛋白的重要組成成分,是特定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的一部分,它允許蛋白質(zhì)之間的選擇性相互作用,以及蛋白質(zhì)和其他大分子如DNA和RNA之間的相互作用。鋅被證明可以調(diào)節(jié)不同蛋白質(zhì)的活性,如蛋白酪氨酸磷酸酶等。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,蛋白質(zhì)沉積被誘導(dǎo),鋅在一些相關(guān)途徑中起重要作用。 超氧化物歧化酶(SOD)在抗氧化活性中起關(guān)鍵作用,運(yùn)動(dòng)本身可誘導(dǎo)SOD活性顯著增加,提供其催化功能,使自由基氧(超氧化物)解離為氧或過(guò)氧化氫[4]。

2.2 鋅對(duì)氧化還原穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)

鋅是一種氧化還原活性不高的金屬,但巰基的氧化還原性質(zhì)使鋅從金屬硫蛋白(MT)釋放,基本上可以從任何含有半胱氨酸鋅簇的蛋白質(zhì)釋放,賦予鋅氧化還原活性[5]。鋅的抗氧化作用機(jī)制與二價(jià)鐵離子爭(zhēng)奪膜結(jié)合位點(diǎn),脂質(zhì)氧化程度與二價(jià)鐵離子結(jié)合到膜上的量呈正比,而這與體內(nèi)鋅含量密切相關(guān)。鋅會(huì)優(yōu)先與脂質(zhì)體中的負(fù)電荷結(jié)合,防止二價(jià)鐵離子引發(fā)的脂質(zhì)氧化[6]。鋅可以降低脂質(zhì)過(guò)氧化作用,改善黏膜上皮的營(yíng)養(yǎng)代謝和抵抗力,保護(hù)細(xì)胞膜,使人體免受活性氧自由基的危害。研究[7]表明,體內(nèi)嚴(yán)重缺鋅或邊緣缺鋅都會(huì)增加大鼠外周血細(xì)胞的氧化應(yīng)激,損害DNA的完整性,增加DNA的損傷概率。缺鋅導(dǎo)致DNA修復(fù)功能受損,補(bǔ)鋅可降低DNA的損傷概率。運(yùn)動(dòng)會(huì)引起氧化應(yīng)激反應(yīng),對(duì)運(yùn)動(dòng)員的健康和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生不良后果,鋅通過(guò)對(duì)氧化還原穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)來(lái)提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

2.3 鋅影響免疫細(xì)胞的分化和免疫機(jī)能

鋅被證明能夠調(diào)節(jié)先天免疫功能和適應(yīng)性免疫功能。鋅以多種方式改變免疫反應(yīng),從骨髓源性細(xì)胞和炎癥信號(hào)到淋巴細(xì)胞分化和抗體產(chǎn)生。在血清中,游離鋅很少,它主要與白蛋白、A2-巨球蛋白(A2M)和轉(zhuǎn)鐵蛋白等結(jié)合。白蛋白與鋅的親和力相對(duì)較低,與A2M的親和力中等,與轉(zhuǎn)鐵蛋白的親和力較高。鋅穩(wěn)態(tài)對(duì)機(jī)體有重要作用,一方面缺鋅會(huì)導(dǎo)致先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)在內(nèi)的免疫功能?chē)?yán)重受損,另一方面過(guò)量的鋅對(duì)免疫系統(tǒng)造成的損害與缺鋅相當(dāng)。這說(shuō)明鋅穩(wěn)態(tài)對(duì)抵御病毒入侵、保護(hù)機(jī)體免受自身免疫疾病侵?jǐn)_至關(guān)重要。

鋅影響免疫機(jī)能主要是由缺鋅引起的。自身免疫性疾病患者血清中的鋅含量顯著低于正常人,如1型糖尿病(T1D)、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、多發(fā)性硬化(MS)、斑禿(AA)、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、尋常型天皰瘡(PV)、自身免疫性肝炎(AH)、乳糜瀉(CD)、橋本甲狀腺炎(HT)、干燥綜合征(SS)、幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎(JIA)等都與鋅含量狀況相關(guān)。鋅穩(wěn)態(tài)對(duì)免疫系統(tǒng)的多個(gè)方面都至關(guān)重要,包括造血、細(xì)胞成熟和細(xì)胞分化、細(xì)胞周期進(jìn)程及免疫細(xì)胞的正常功能。輕度缺鋅的老年受試者炎癥細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激增加,適當(dāng)補(bǔ)充鋅可降低其血漿氧化應(yīng)激標(biāo)志物水平,減少c-反應(yīng)蛋白(CRP)和IL-6等炎性細(xì)胞因子的體外產(chǎn)生[8]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶對(duì)細(xì)菌清除非常重要,鋅穩(wěn)態(tài)遭到破壞后會(huì)抑制NADPH氧化酶,從而阻礙細(xì)菌和微生物的清除。

2.4 促進(jìn)人體創(chuàng)傷愈合

鋅在結(jié)締組織發(fā)育中具有重要作用,參與DNA 和膠原纖維組織的合成代謝,所以傷口愈合必須有鋅的參與。血小板和鋅在開(kāi)放性傷口愈合的炎癥階段起重要作用,鋅可獲得血小板胞漿并誘導(dǎo)血小板聚集。鋅加速組織愈合的機(jī)制主要是促進(jìn)含鋅酶及蛋白質(zhì)的合成,加速細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)繁殖,增強(qiáng)了能量代謝、組織呼吸過(guò)程和細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。缺鋅后DNA和RNA合成量下降,創(chuàng)傷處顆粒組織中的膠原減少,肉芽組織易被破壞,使創(chuàng)傷、潰瘍等難以愈合[1]。鋅對(duì)血小板的作用是通過(guò)蛋白激酶C(PKC)介導(dǎo)的血小板蛋白酪氨酸磷酸化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。鋅在調(diào)節(jié)傷口愈合過(guò)程的各個(gè)階段起重要作用,包括膜修復(fù)、氧化應(yīng)激、凝血、炎癥和免疫防御、組織再上皮化、血管生成等。傷口愈合與炎癥和免疫反應(yīng)高度相關(guān),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的一些開(kāi)放性和閉合性傷口,如擦傷、扭傷等可通過(guò)補(bǔ)充鋅元素來(lái)加快傷口愈合,減少炎癥的發(fā)生。

2.5 鋅與骨骼肌

鋅存在于人體的各個(gè)部位,但在骨骼肌系統(tǒng)中的表達(dá)更為顯著。在骨骼肌中,鋅通過(guò)影響肌肉細(xì)胞的活化、增殖和分化而影響肌肉生成與再生。運(yùn)動(dòng)被證明可以調(diào)節(jié)血清和尿中的鋅水平,并可直接影響細(xì)胞中的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)。運(yùn)動(dòng)引起的氧化應(yīng)激可能為運(yùn)動(dòng)員的輕度缺鋅提供了基礎(chǔ),并可能對(duì)健康和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

鋅元素還可促進(jìn)腦發(fā)育,維持人的認(rèn)知功能。一些神經(jīng)遞質(zhì)的分泌需要鋅,如神經(jīng)元突觸小泡分泌谷氨酸等。鋅在腦中含量豐富,是大腦發(fā)育過(guò)程中不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),與腦功能及行為密切相關(guān)。缺鋅與老年癡呆及帕金森綜合征等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生有關(guān),其具有維持正常認(rèn)知功能的作用。此外,鋅在維持性激素水平、促進(jìn)男性第二性征的出現(xiàn)等方面作用顯著,有助于精子的形成,維護(hù)精原上皮的健康。鋅的生物作用并非單一存在,其各種生物作用往往疊加在一起相互作用于一個(gè)或多個(gè)方面。

3 鋅對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響

機(jī)體95%以上的ATP通過(guò)氧化磷酸化的途徑生成,氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生在線粒體膜上,如果線粒體膜無(wú)法保持其完整性,就不能正常發(fā)揮作用,使ATP下降,能量供應(yīng)減少,從而限制運(yùn)動(dòng)能力。鋅元素是細(xì)胞膜、線粒體膜及其他許多膜性結(jié)構(gòu)的重要組成成分。鋅在細(xì)胞膜上的含量高于其他組織,對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及功能的發(fā)揮起重要作用。合理適量增加體內(nèi)鋅營(yíng)養(yǎng),可以保護(hù)細(xì)胞膜的完整性,使機(jī)體含鋅酶(如Zn-SOD等)增加,消除自由基造成的細(xì)胞膜損傷,加快ATP生成速率,提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力。

含鋅的碳酸酐酶、乳酸脫氫酶及胰島素都是與能量代謝有關(guān)的酶和激素,它們與運(yùn)動(dòng)能力關(guān)系密切。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)人體有害的自由基,鋅可以通過(guò)不同的途徑對(duì)自由基進(jìn)行清除,提高運(yùn)動(dòng)能力。鋅還通過(guò)干擾鐵的單電子氧化還原來(lái)阻止羥自由基的產(chǎn)生。研究認(rèn)為,金屬硫蛋白(MT)是一種有效的自由基清除劑,鋅與MT的誘導(dǎo)合成有關(guān)。在劇烈運(yùn)動(dòng)中MT的合成受到鋅含量的影響,營(yíng)養(yǎng)性鋅缺乏可引起MT含量下降,補(bǔ)鋅則可以明顯回升。鋅通過(guò)影響雄性激素水平而影響運(yùn)動(dòng)能力,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和力竭性運(yùn)動(dòng)時(shí),缺鋅會(huì)引起機(jī)體酮含量明顯下降,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力降低。給缺鋅運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)鋅,能增強(qiáng)其肌肉代謝,提高其肌肉力量。

運(yùn)動(dòng)對(duì)鋅代謝的影響在很大程度上取決于運(yùn)動(dòng)量和機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力。當(dāng)運(yùn)動(dòng)量在機(jī)體可適應(yīng)的范圍時(shí),血清鋅水平不變甚至升高。當(dāng)運(yùn)動(dòng)量過(guò)大或長(zhǎng)期高強(qiáng)度訓(xùn)練使機(jī)體處于超負(fù)荷狀態(tài)時(shí),血清鋅下降,尿鋅排出量增加,使機(jī)體鋅元素流失加大。劇烈持續(xù)性的耐力運(yùn)動(dòng)一開(kāi)始引起血漿和血清含量升高,可能與骨骼肌蛋白分解、鋅從肌肉轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外液有關(guān)。運(yùn)動(dòng)后短時(shí)期內(nèi)血漿鋅含量下降,可能是由于尿排出的鋅增加和鋅從血漿轉(zhuǎn)移到肝臟。

4 鋅缺乏的致因與危害

人體沒(méi)有儲(chǔ)存鋅的組織,不能像脂肪一樣積累儲(chǔ)存在人體中,也沒(méi)有一種類(lèi)似于鐵蛋白的蛋白質(zhì),這種蛋白質(zhì)可以?xún)?chǔ)存鐵,在機(jī)體有需求時(shí)及時(shí)釋放。缺鋅現(xiàn)象普遍存在,尤其是在鋅攝入量過(guò)少和需求量大的人群中,如孕婦、兒童、素食者、運(yùn)動(dòng)員等。此外,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)會(huì)使體內(nèi)鋅流失加快,主要是由于排汗、排尿增多所致。

鋅缺乏會(huì)造成許多嚴(yán)重后果:引起淋巴源性細(xì)胞和髓樣源性細(xì)胞死亡,影響NT細(xì)胞的活性,使核苷磷氧基酶活性降低導(dǎo)致T細(xì)胞功能減退、巨噬細(xì)胞趨化功能減弱,最終導(dǎo)致機(jī)體對(duì)細(xì)菌、病毒和真菌等的易感性增強(qiáng);引起男性的第二性征及女性生殖器發(fā)育遲緩,影響生殖功能。資料表明,鋅能防止由組織脂肪酸成分改變引起的膜損傷,維持生物膜的完整性,可抑制脂質(zhì)過(guò)氧化物和組織胺的釋放,穩(wěn)定生物膜和溶酶體膜,降低膜的通透性,保護(hù)心肌,減少癌變的可能性。

鋅在骨骼肌中的含量較大,機(jī)體鋅元素處于缺乏狀態(tài)會(huì)影響骨骼肌成分,從而導(dǎo)致肌力與肌耐力受損。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生大量自由基,脂質(zhì)過(guò)氧化程度增強(qiáng),鋅缺乏則無(wú)法對(duì)體內(nèi)的自由基進(jìn)行良好的清除,大大降低運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力。同時(shí),鋅缺乏會(huì)導(dǎo)致各種鋅酶活性下降,DNA和RNA合成減少,影響機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育和雄性激素水平,降低運(yùn)動(dòng)能力。鋅缺乏會(huì)引起高密度脂蛋白中膽固醇下降,使游離低密度脂蛋白增多,血脂沉積,導(dǎo)致血管形狀改變,使最大攝氧量下降。運(yùn)動(dòng)員由于日常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大,體內(nèi)鋅代謝加快,在正常膳食營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)上需適量補(bǔ)鋅,以保持最佳競(jìng)技狀態(tài)。但鋅元素的補(bǔ)充要適量,鋅過(guò)量對(duì)機(jī)體也有不利影響。

5 鋅營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充

運(yùn)動(dòng)員要進(jìn)行長(zhǎng)期訓(xùn)練來(lái)提高運(yùn)動(dòng)成績(jī),因此,運(yùn)動(dòng)員的代謝水平高于普通人,營(yíng)養(yǎng)元素的流失與需求量比常人大。為保持運(yùn)動(dòng)員的身體健康和競(jìng)技狀態(tài),應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理的微量元素補(bǔ)充。營(yíng)養(yǎng)不良是缺鋅的一個(gè)常見(jiàn)原因。鋅在人體中的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))低于50 mg/kg體重且無(wú)法長(zhǎng)期儲(chǔ)存,所以,日常飲食中需持續(xù)攝入含鋅元素的食物。鋅營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充與膳食中鋅的含量、吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān),雖然膳食鋅水平差異很大,但真核細(xì)胞需要維持細(xì)胞內(nèi)鋅穩(wěn)態(tài),以確保其正常功能。運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)鋅含量與膳食存在密切關(guān)系,同時(shí)也與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。

中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦的每日膳食中,正常成年人(18～44歲)每日補(bǔ)鋅量為11～15 mg,一般運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)鋅劑量為正常人的1～2倍。鋅的補(bǔ)充要合理,大劑量補(bǔ)鋅對(duì)機(jī)體會(huì)產(chǎn)生不利影響,每日補(bǔ)充高于50 mg的鋅會(huì)抑制機(jī)體銅元素的吸收。運(yùn)動(dòng)員每天膳食中鋅的需求量應(yīng)依實(shí)際情況確定。因此,運(yùn)動(dòng)員日常膳食中微量元素要因人而異,根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、不同年齡、不同訓(xùn)練計(jì)劃等合理安排。尤其是女運(yùn)動(dòng)員生理期鋅大量流失,須根據(jù)其生理周期進(jìn)行膳食調(diào)節(jié)。

6 小 結(jié)

微量元素鋅參與人體多種酶和激素的構(gòu)成與激活,這些酶和激素均與能量代謝、運(yùn)動(dòng)能力密切相關(guān)。鋅元素直接參與機(jī)體許多代謝過(guò)程,特別是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、氧氣及二氧化碳運(yùn)輸、能量代謝等。在細(xì)胞增殖分裂過(guò)程中,鋅參與核酸及蛋白質(zhì)合成代謝,促進(jìn)抗體的生成和傷口的愈合,提高運(yùn)動(dòng)員的抗感染能力,維持正常的免疫功能。鋅元素對(duì)某些激素的代謝、生長(zhǎng)發(fā)育及運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的保持和提升至關(guān)重要。缺鋅對(duì)運(yùn)動(dòng)員體質(zhì)健康和運(yùn)動(dòng)能力產(chǎn)生消極影響。日常訓(xùn)練中,可根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際情況合理補(bǔ)鋅,為其運(yùn)動(dòng)能力提升奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。