铬在人体内存在的生物学功能及其与代谢的关系

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论文摘要

  1. 微量元素铬在人体中的存在与代谢

  1.1 铬在人体中的存在与含量

  铬是一种人体必需的微量元素,像碘、锌、铁一样,它在维持人体健康方面起关键作用,同时它也是唯一随着年龄的增长而含量逐渐降低的元素。铬是胰岛素的一种“协同激素”,与胰岛素受体中巯基配位形成二硫键,促使胰岛素发挥最大生物学效应。具有生物活性的三价铬较广泛的存在于各种动植物组织中,能协助或增强胰岛素的功能,若体内活性铬不足时胰岛素生物效能降低。在人体内,蛋白质、铬、核酸及各种低分子量的配合体结合,参与机体的糖代谢和脂肪代谢,促进人体正常的生长发育。美国食品营养委员会(FNB)最近公布的铬(Cr3+)每日需要量(RNA)成年男性为35ug/d-1,成年女性为25 ug/d-1。含铬较多的食物有牛肉、黑胡椒、糙米、玉米、小米、粗面粉、红糖、葡萄汁、食用菌类等。比如黑胡椒,含量可达10Ng/g,某些蔬菜水果中也含有一定的铬,但其活性小且不易吸收。谷类在精加工中可丢失大量的铬,故以精制食品为主的人多缺铬。另外,有研究发现不锈钢餐具有烹调酸性食品时,铬可从不锈钢容器中溶出。而食物中铬含量及食物中氨基酸或抗坏血酸可影响体内铬的转运和吸收。

  1.2 铬在人体内的吸收与代谢

  铬的吸收和代谢受到多种因素的影响,如同时摄入维生素C 和铬,与单独摄入铬相比,前者可以增加血浆铬水平;摄入单糖和复合糖相比,增加了尿液中铬的排泄量,这可能和摄入单糖比摄入复合糖引起的胰岛素效应更强有关。在机体内,铬主要以小分子铬的有机配合物被吸收,主要在小肠中,其次是回肠和十二指肠。吸收后的铬通过肠粘膜进入体内;在血液中,铬与铁共同使用β-球蛋白进行运转,二者分别占转移蛋白的不用位点,吸收后的铬在血液中存留时间很短,随后被运送到肝脏和机体各组织中被利用。铬在肾中不能被重吸收,所以主要通过尿液排出体外,少量通过胆汁随粪便排出,经皮肤汗腺排出的铬量更少,因此,尿中排出的铬可用于反应铬在机体内的代谢和消耗。

  2. 铬的生物学功能

  目前的研究认为,铬的生物学功能主要表现在与胰岛素的密切关系,其联合作用可以调整糖供能状态。
  Vincent研究表明,铬和低分子量的蛋白质结合,能够参与一种胰岛素信号放大机制的构成,加快胰岛素作用。
  具体的说有,①增强细胞膜的稳定性,保护动脉内膜不受外因损伤。②在胰岛素存在时,铬也能加强分离的晶状体对糖的吸收,并促使葡萄糖合成糖原。③促进和维持心肌细胞生长、增强代谢和加强心肌细胞搏动。④由三价铬与烟酸、谷氨酸、甘氨酸和含硫氨基酸形成的低分子量、键合铬的配合物糖耐量因子(GTF)具有维持正常的糖耐量,提高胰岛素生物学功能的作用。⑤GTF铬还可以增强缺铬附睾脂肪组织对葡萄糖的摄取,并使葡萄糖转化为CO2的作用加强。⑥铬在葡萄糖渗入脂肪组织的过程中可以加强胰岛素作用。

  3. 铬、运动强度与糖代谢

  在运动强度达到64%VO2max以前,运动肌摄取葡萄糖的速率随运动强度的增大而增大;而当运动强度继续增大时,运动肌摄取葡萄糖的速率又会随运动强度的增大而减小。当运动强度达到80%VO2max时,运动肌几乎完全依赖于利用肌糖原供给能量,血源性的供能物质(如葡萄糖、FFA )的重要性明显减弱,这时血液葡萄糖基本上未参加运动肌能量代谢。Hartyby提出运动使血浆胰岛素浓度降低与运动强度的关系十分密切,强度越大,浓度降低越明显。所以铬补剂使运动机体的糖原代谢发挥最佳功能应在低于64%VO2max的强度的耐力运动过程中,同时铬与运动训练能协同增加有机体对胰岛素的敏感性,通过增加GLUT4 的数目和活性来提高运动机体对葡萄糖的摄取,刺激摄取葡萄糖供给肌细胞进行分解代谢,提高了运动耐力,运动后有利于运动机体对糖的吸收和糖原储备,加速运动机体的能源恢复。

  4. 铬与运动的关系

  4.1 补充铬对运动的影响

  有研究认为,补充铬可以促进肌肉的生长和脂肪的消耗。Evans在研究中发现,进行力量训练并且每天以甲基吡啶铬的形式补充200ug铬,和不补充铬但进行力量训练的人相比,瘦体重增加,脂肪重减少。Evans也曾对从事力量训练的足球运动员进行了相关观察,16人补充甲基吡啶铬(200g/天),15人给予安慰剂,14天后服补剂组脂肪减少3.4Kg,并获得2.6Kg瘦体重,对照组减少1Kg脂肪,获得瘦体重1.8Kg。关于补充铬以及甲基吡啶铬对人体的影响的研究也有不同结果。Hasten等在对从事力量训练初期的男、女学生的研究中发现,训练增加了四肢围度,降低了皮褶厚度,但没有发现补充铬和不补之间对力量的影响有什么差异;补铬组和不补组相比,在女性显着增加了体重,但对体成分没有影响。Volpe等在研究中发现补充铬只会极少量地引起体重或脂肪的降低。所以认为,铬的补充只能使实验室严格控制条件下的动物或人的瘦体重有极少量增加,并不像有些宣传那样可以有效地促进体重降低和肌肉生长。

  4.2 运动对铬代谢的影响

  Glarkson等对5名长跑运动员在近80%无氧阐强度进行12分钟自行车运动的血清铬变化进行观察,发现运动后即刻没有明显变化,恢复期12分钟后则升高了42%,认为铬的代谢变化有利于葡萄糖进人肌肉和加快糖原储存。Anderson等曾比较了18名运动员和5名普通坐位工作者(23—55岁)在平时休息状态和间歇运动至力竭时(30秒跑台,强度为90%VO2max,间歇30秒)的尿铬情况。运动测试中受试者完成8—16个连续的间歇全力运动,运动后24小时尿铬排量运动员只有普通人的50%。
  而在运动测试当天,运动员尿铬排量明显增加,普通人则不变。Anderson等也在对激烈运动的研究中发现,10km跑的大强度运动完即刻,血清铬浓度即升高,而且在运动后2h内,都在一个较高的水平上。并且在运动当天, 尿液中铬排出量比运动的前一天和后一天都要高。

  4.3 铬的补充

  目前常用的铬补剂有三种,烟酸铬、甲基吡啶铬和氯化铬,前两种属有机铬,具备较好的吸收率或生物活性。人体每日由尿排出的铬大概是5g左右,而食物中的铬平均只有10%~25%的利用率,故成年人必须保证每日供给20~50g铬食物,供机体正常代谢。李金花等发现烟酸铬能增加肝糖元的含量,促进肝组织对葡萄糖的作用。孙长颢等发现葡萄糖酸铬能调节糖代谢。目前尚未有铬摄取不足对运动成绩产生直接影响的报道。然而由于铬的利用率低,大多数人群存在格缺乏的状况。且铬缺乏会导致糖耐量下降和不良的血脂变化,故在运动营养中补充铬是有必要的。

  参考文献:
  [1] 王永芳,铬与健康研究进展.中国食品收生杂志.2001(13).
  [2] 张华,彭宁,郭绒霞等.铬与饮食推荐量.国外医学与医学地理分册.1998(19).
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