魔芋多糖的生物学功能及其在运动医学中的研究进展

[摘要] 本文通过大量的国内外研究资料对近年来魔芋多糖的研究进行梳理。目前大量关于魔芋多糖生物学功能的研究集中在人体和动物实验，未见细胞培养实验。魔芋多糖的主要生物学功能包括降脂、降糖、促进免疫功能、防止细胞脂质过氧化、对抗皮肤炎症因子等多重功效。本文根据大量的文献和实验研究，并结合其功能和机制，展望魔芋多糖在运动医学领域中的应用。

[关键词] 魔芋多糖；生物学功能；糖脂代谢；运动

[中图分类号] R917 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2015）01（b）-0156-04

[Abstract] In this paper， a large number of domestic and foreign research data for researches in recent years are collected to sort out konjac polysaccharide. At present， most researches on the biological function are on the concentration of human and animal experiments， without cell experiments. The main biological functions of konjac polysaccharide include： lipid-lowering， hypoglycemic， promote immune function and prevent cell lipid peroxidation， against skin inflammatory cytokines such as multiple effects. According to a lot of data and experimental researches， combined with its functionality， this paper looks forward to the application of konjac polysaccharide in the sports medical field.

[Key words] Konjac polysaccharide； Biological function； Lipid metabolism； Exercise

魔芋（Konjac）为天南星科多年生的块茎草本植物。秦岭以南地区以其特有的地理环境优势，盛产魔芋。魔芋的主要成分为魔芋多糖（Konjac polysaccharide）。目前，大量的研究多集中在魔芋多糖的功能和临床研究。魔芋多糖分子式为C6H5O2。魔芋多糖是一种复合性多糖，是已知植物多糖中黏度最大的天然高分子多糖。魔芋多糖具有多种生物学功能，其中包括改善糖脂代谢水平、促进免疫功能、防止细胞脂质过氧化、对抗皮肤炎症因子等多重功效。有研究显示其在运动员减体重、降血糖等方面具有正向调节作用，因此近年来，越来越受到医学及运动医学等领域的广泛关注，提示其可能作为良好的营养补充剂应用于竞技体育和大众健身中。

1 魔芋的产地、成分及其主要结构

1.1 魔芋的主要产地

魔芋种类很多，据统计全世界有260多个品种，中国有记载的为19种，其中8种为中国特有。魔芋多年生宿根性块茎草本植物。原产日本、印度、斯里兰卡、马来半岛，中国西南地区栽种已有多年历史，自古便是中国古书中的药草之一。分布于越南、喜马拉雅山地至泰国，中国为原产地之一，中国大陆的陕西、甘肃、四川、云南、贵州、宁夏至江南等地一带大量生产。魔芋为天南星科魔芋属植物的泛称[1]，又名磨芋、鬼芋、鬼头、花莲杆、蛇六谷等。目前中国是国际上研究、利用魔芋水平较高的国家，对魔芋的科技研究和产业化发展方面给予了大力支持，而且魔芋也已经成为一项朝阳产业。安康地处秦岭以南，魔芋种植面积已达21.3万亩，占全国种植面积的12%，成为全省第一。

1.2 魔芋中的结构、成分

魔芋加工后精粉的主要成分为魔芋多糖（Konjac polysaccharide），又称魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）。魔芋多糖是已知植物胶中黏度最大的天然高分子多糖，由葡萄糖和甘露糖聚合而形成的杂多糖。平均分子量20万～200万，外形呈白色或奶油至淡棕黄色粉末，主要由甘露聚糖和葡萄糖以β-1，4-键合的高分子量非离子型甘露聚糖（glucomannan），沿葡甘露聚糖（GM）主链上平均每隔9～19个单糖单位有一个乙酰基，它有助于GM的溶解，其晶体结构有α型（非晶型）和β型（结合型）两种[2-3]。

2 魔芋的主要生物学功能

2.1 对脂代谢的影响

魔芋吸水后体积膨胀系数很大，最高可达到干品自身体积的100倍，魔芋在胃内吸水膨胀后使人产生饱胀感，此特性可能对改善脂代谢起到重要作用。GM是从魔芋植物等植物中提取出来的，初步证据表明，GM可以促进减肥。GM耐受性良好，在超重人群和肥胖者中有显著作用。有一些证据表明，GM通过促进饱腹感提高其安全性，减少粪便中能量的损失，发挥有益作用。此外，GM已经被证明可以改善血脂、脂蛋白和血糖水平[4]。对其安全性、有效性和作用机制进一步调查，以确定GM是否能有助于帮助美国人群中超重及肥胖患者。

Arvill等[5]通过对63名健康男性连续4周使用魔芋，在实验中不改变受试者的饮食和生活方式。4周末测试低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）降低7.2%，三酰甘油（TG）降低23%，总胆固醇（TC）含量降低，高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和LDL-C的比例并没有显著改变，受试者体重没有变化。这项研究的结果表明，可溶性纤维KGM是一种有效的降胆固醇饮食的辅助手段。其机制可能是：KGM补充通过增强的胆固醇和胆汁酸排泄，从而改善血脂水平，抑制血糖浓度升高。KGM可能是一种对高脂血症、糖尿病患者的治疗补剂[6]。Venter等[7]将12只雄性狒狒随机分为两组，其中一组的饮食中补充魔芋，另一组正常饮食，9周后未补充魔芋组，血清TC水平比实验前测值显著增高（25%，P < 0.05），而魔芋组阻止血清TC升高。未补充组TC/HDL-C显著高于使用组。魔芋补充也使TG和游离脂肪酸水平降低，且肝脏中的TC浓度降低31%～34%。

Zhang等[8]将110例高脂血症老年患者随机分配到两个组。实验组食用普通饮食加含魔芋食品，对照组食用普通饮食。实验进行45 d。实验结果表明，实验组TG、TC、LDL-C水平显著下降（P < 0.01），而HDL-C和载脂蛋白（AI）含量显著升高（P < 0.01）。另一项研究在20名肥胖者中进行8周实验，实验组饮食中添加魔芋精粉（由魔芋根茎中提取），每天三餐前服用，受试者不改变自己的饮食或运动模式。结果表明，使用魔芋在8周期间，平均减重5.5磅。魔芋多糖治疗组血清TC和LDL-C分别降低21.7、15.0 mg/dL。受试者实验过程中未报道魔芋的不良反应[9]。

Vasques等[10]评估：加入魔芋（94.9% GM）标准化提取物的药物治疗肥胖效果。50名肥胖者（BMI 30.0～39.9 kg/m2）被分配到安慰剂组（n = 26）或治疗组（n = 32），实验中无饮食限制。12周的时间，受试者分别每日给予藤黄（剂量2.4 g）加魔芋（剂量1.5 g），12周结束时测试TG和葡萄糖水平没有显著作用，但观察到TC显著降低（-32.0±35.1）mg/dL，LDL-C水平降低（-28.7±32.7）mg/dL。另一项研究是关于魔芋粉的结构和魔芋晶体尺寸对肥胖大鼠的对比研究[11]。将魔芋进行4 h处理，魔芋粉颗粒大小从657.3 μmol[d（50）]～23.7 μmol[d（50）]不等。魔芋粉颗粒膨胀速度快，促进了抗肥胖效果的提高。与原生魔芋粉相比，磨碎的魔芋粉可以显著降低营养性肥胖大鼠体重、脂肪总量、TG含量和葡萄糖的含量（P < 0.05）；对营养性肥胖大鼠HDL-C降低效果显著（P < 0.05），这意味着魔芋粉的粒度效应可显著提高大鼠抗肥胖水平。从此研究中可以看出，魔芋颗粒的大小和时间对于降体重、减脂的作用效果可能是不一样的。综上所述，魔芋多糖既可降低血TC水平，降低LDL-C，提高HDL-C，也可降低TG水平。当血脂达正常水平时，同时可起到调节脂质代谢、预防高脂血症的作用。

2.2 对糖代谢的影响

魔芋多糖这种膳食纤维不容易被机体消化吸收，不含热量，有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，是糖尿病良好的辅助药物。文献研究了魔芋精粉对四氧嘧啶诱导糖尿病大鼠的降糖作用。补充魔芋多糖2周后，空腹血糖值显著下降；4周后糖耐量能力明显增强，但对血清胰岛素的影响不大。病理切片提示胰岛形态、结构明显修复[12]。Mao等[13]研究发现，魔芋多糖能降低正常动物的血糖以及糖尿病动物的血糖[14-15]。

2.3 魔芋多糖对改善胰岛素抵抗的作用

胰岛素抵抗（IR）是2型糖尿病患者血糖和脂质代谢异常的重要诱因。因此，IR在2型糖尿病发生和发展中起到了关键作用[16]。IR广泛存在于2型糖尿病患者中，是一个危险因素。2型糖尿病会导致很多并发症。增加胰岛素的敏感性的方法包括：饮食，运动和药物（如二甲双胍）等；研究证明这些方法均能有效地改善IR，保护β细胞和控制血糖[17]。据报道[18-19]，魔芋多糖可降低TC、血糖，加快肠蠕动促进排泄，达到减肥的效果。研究表明，它还能显著改善实验大鼠和糖尿病患者的葡萄糖耐受水平[20]。

对于胰岛素释放多少目前研究说法尚不一致：研究首先发现了魔芋多糖不仅能改善IR和增加K值，降低空腹血糖、肝糖原和肌糖原，但它对胰岛素的释放没有作用[15]。实验结果说明，KGM可通过增加葡萄糖的非氧化途径，改善胰岛素敏感性，同时不依赖于胰岛素的释放[15]。魔芋作为一种膳食纤维近来受到人们关注，它具有减少糖尿病和糖尿病诱发心脏疾病的风险。预计它有可能治疗和改善处于糖尿病前期患者的糖代谢水平。为了检验这一假设，Vuksan等[21]通过补充高碳水化合物饮食与KGM，发现其对代谢水平与胰岛素抵抗综合征有改善作用。总的来说，魔芋多糖在改善胰岛素水平、降血糖方面发挥重要的作用。

2.4 对抗癌及免疫功能的影响

粉碎的魔芋葡甘聚糖（PKGM）是从魔芋中提取的天然生物活性化合物。使用肠道免疫的恶唑酮（OXA）诱导的小鼠结肠炎模型。用PKGM改善OXA诱导的结肠炎小鼠，这种效应与NK1.1+T细胞的Th1极化的免疫应答和诱导下降有关[22]。

KGM对甲基硝基亚硝基胍诱发的小鼠肺癌可产生不同程度的抑制和预防作用[23]。魔芋精粉具有明显的促进小鼠免疫功能的作用，对胸腺指数和脾指数具有增高作用，对巨噬细胞合成和释放白细胞介素-1（IL-1）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）有明显促进作用[24]。此外，对改善血清中TNF-α水平也有一定的促进作用。因此，KGM可能被作为一种预防和治疗肿瘤的免疫调节辅食品。

氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）是一种多糖类的氧化产物，从KGM中降解获得。通过对Prenanti鱼的饮食中添加不同剂量的OKGM，实验结束后发现在Prenanti鱼的饮食中增加OKGM，不仅促进生长，还能提高机体免疫功能，其中包括红细胞数、红细胞的吞噬指数、嗜中性粒细胞数量、IgM抗体都显著增加，而MDA降低，说明其抗氧化性也得到提高[25]。

2.5 对皮肤炎症的影响

Onishi等[26]用KGM喂养NC/Nga小鼠抑制湿疹的发展。连续KGM喂养后，显著抑制皮肤湿疹，皮肤过度增厚，皮肤肥大细胞增多症和嗜酸粒细胞增多。同时KGM抑制皮肤过度产生的P物质、IL-10、IL-4和TNF-α。因此KGM可以明显抑制NC/Nga小鼠搔抓行为，并使NC/Nga小鼠皮肤炎性免疫反应增强。研究的目的是通过使用KGM以及胶原蛋白的混合膜对皮肤创伤模型的作用，然后在不同的时间点观察皮肤创伤的变化，取伤口的组织样本，以进行组织学检查。该混合膜可以防止皮肤外伤的出血和感染。皮肤外伤使用混合膜处理后，呈现矩形结痂的迹象，观察没有明显的免疫排斥反应，说明胶原KGM的混合薄膜可以加快创伤皮肤的恢复[27]。

2.6 富硒魔芋在运动医学领域中的展望

魔芋多糖的减肥、降脂、降糖、润肠通便、抗氧化、抗细胞老化、提高免疫力等方面作用已经被很多研究证实。根据上述这些功能，分析其将在运动医学领域中发挥重要的作用和意义。但目前其在运动医学领域中的国内外相关研究和报道较少。国家体育总局运动医学研究所已将魔芋应用在举重项目中。如何在减重项目中让运动员快速减体重，减少饥饿感，增加饱腹感，并尽可能缩小减体重对机体和运动能力产生的负面影响，有研究使用魔芋配制的减重食品观察其降体重效果以及对身体能力的影响，结果发现：①选取的60～90 kg的举重运动员在不限制饮食饮水情况下，通过服用魔芋食品3 d体重减轻2.45 kg。②运动员不仅体重下降，体脂百分比下降0.22%。③减体重对90%极限强度的卧推至力竭的能力没有明显影响。提示以魔芋制成的减重食品可能成为举重运动员赛前快速减体重的重要营养补剂之一[28]。魔芋多糖具有饱腹感、降糖、降脂、通便作用的可能机制：①粪便中胆酸（CDCA+GDCA）增加，CDCA的增幅比GDCA更显著，这可能是降低TC作用的机制之一[29]。②魔芋吸水后体积膨涨系数很大，能充盈胃肠道产生饱腹感，减少多余食物摄取，从而使人体避免摄入过多的热量。③魔芋多糖分子量高、吸水性强、黏性大，在胃中吸水成为具有黏性的纤维素，能增加食物的黏度，延长食物在胃腔内滞留时间，并覆盖在肠黏膜的表面形成扩散屏障，使葡萄糖和胆固醇等营养物质的吸收减少，排出增多[30]。因此，魔芋多糖可能成为运动医学领域中重要的营养补剂。

3 小结

当今，肥胖、胰岛素抵抗、非酒精性脂肪肝、糖尿病等代谢性综合征已经成为人类的慢性杀手。大量的人体实验和动物实验从细胞及分子水平不断证实：魔芋提取物具有减脂、降糖、降低胰岛素抵抗等效果。临床大量实验也证明其安全性。因此，从魔芋的生物学功能及目前的研究结果可以看出，其对竞技体育的科学训练具有积极的促进作用，也可能成为有前景的运动专项营养补剂候选药物。同时，在大众人群健身、日常减脂、减重、胰岛素抵抗和早期糖尿病的运动处方中，魔芋多糖都将发挥其重要作用。

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（收稿日期：2014-09-30 本文编辑：张瑜杰）