小球藻的研究报告
立命馆大学体育健康科学部
家光 素行 教授
通过小球藻摄取与高强度间歇性运动训练的合用提高运动效果，促进肌肉的糖酵解及氧化代谢
(Horii N, Hasegawa N, Fujie S, Uchida M, Miyamoto-Mikami E, Hashimoto T, Tabata I, Iemitsu M. High-intensity intermittent exercise training with chlorella intake accelerates exercise performance and muscle glycolytic and oxidative capacity in rats. Am J Physiol Regul Comp Physiol. 2017, Vo.312)
短时间间歇性高强度运动（HIIE）训练（=田畑训练）
身体中有2种能量供应机构，即：使用氧气产生的“有氧能量”和不使用氧气产生的“无氧能量”。运动时，依靠糖和脂肪并使用氧气生成运动所需的能量。但对田径竞技来说，在短时间内需要大量运动能量的短跑类的竞技中，由不使用氧气、以糖为能量来源的被称为糖酵解的代谢机构发挥作用。糖酵解的代谢产物是乳酸，运动强度越接近最大，乳酸的生成量越多，且会积累在肌肉中。如果肌肉中积累了一定量以上的乳酸，肌肉的酸性就会增加，导致难以继续运动。“有氧能量”可通过慢跑和有氧健身操等的有氧运动锻炼，持久力也会上升。“无氧能量”可通过高强度的间歇运动（例如：田径竞技中的200m跑5次之类的运动）。
田畑训练是以达到疲惫不堪状态为目的的间歇性运动，以20秒的运动和10秒的休息为1套，需做8套，合计时间约为4分钟，是可在短时间内同时锻炼2种能量供应机构的训练程序[引用1、2]。
在本试验中，对通过长期摄取小球藻合用HIIE对运动效果的影响以及对肌肉的糖酵解和氧化代谢影响进行了验证。
试验方法
随机选用SD大鼠（雄性，12周龄），分为对照组（Con）、小球藻摄取组（CH）、短时间间歇性高强度运动训练组（HIIE）和短时间间歇性高强度运动训练+小球藻摄取合用组（HIIE+CH）这4个组（n=10），给Con组和HIIE组投喂6周通常的饲料，给CH组和HIIE+CH组投喂6周添加了0.5%小球藻粉末的饲料。在6周的试验期间内，让HIIE组和HIIE+CH组进行了每周4天反复做14套负重（相当于体重的16%的重物）20秒游泳运动和10秒休息的间歇性运动。
在摄取期间的前后，对HIIE开始前和结束1分钟后的血中乳酸值进行了测量。在6周的试验期间内的最后一次HIIE训练结束48小时后，以20秒游泳运动+10秒休息为1套，对最多可持续做几套该运动进行了测量。并且，还针对腓肠肌的红肌和白肌测量了磷酸果糖激酶（PFK）、乳酸脱氢酶（LDH）、柠檬酸合酶（CS）、环氧化酶（COX）的酶活性，以及PGC1-α、单羧酸转运蛋白1（MCT1）和单羧酸转运蛋白4（MCT4）的表达量。
此外，本试验是在取得了立命馆大学动物试验道德审查委员会的批准后实施的。
【结果】
6周的摄取期间结束后，在HIIE 1分钟后的血中乳酸值方面，HIIE组和HIIE+CH组与Con组及CH组比较时，均呈现出显著的低值；HIIE+CH组与HIIE组比较时，也呈现出显著的低值（表1）。接下来，在HIIE训练的最多可持续套数方面，与Con组相比，其他3组均发现显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现了显著增加（图1）。PFK活性方面，与Con组相比，其他3组的红肌和白肌的PFK活性均发现显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现了显著增加（图2（A）、（B））。LDH活性方面，与Con组相比，其他3组的红肌的LDH活性均发现显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现了显著增加；但白肌的LDH活性在各组间均未发现显著差异（图2（C）、（D））。接下来是PGC1-α，与Con组相比，其他3组的红肌和白肌的PGC1-α均发现表达显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现表达显著增加（图3）。CS及COX的活性方面，与Con组相比，其他3组的红肌的CS及COX的活性均发现表达显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现表达显著增加；但白肌的CS及COX的活性在各组间均未发现显著差异（图4（A）、（B）、（C）、（D））。MCT1及MCT4方面，与Con组相比，其他3组的红肌的MCT1及MCT4均发现表达显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现表达显著增加；但白肌的MCT1及MCT4在各组间均未发现显著差异。单就MCT4而言，与Con组相比，其他3组的红肌、白肌的MCT4均发现表达显著增加；HIIE+CH组与CH组及HIIE组比较时，也发现表达显著增加（图5（A）、（B）、（C）、（D））。
表1.HIIE训练前后的血中乳酸值
| Con (n=10) | CH (n=10) | HIIE (n=10) | HIIE+CH (n=10) | |
|---|---|---|---|---|
| 介入前 | ||||
| HIIE前 | 1.97±0.18 | 2.03±0.31 | 2.18±0.34 | 1.92±0.39 |
| HIIIE後 | 10.37±1.74 | 10.10±1.25 | 9.27±2.13 | 10.46±2.96 |
| 介入後 | ||||
| HIIE前 | 1.88±0.12 | 1.87±0.18 | 1.77±0.16 | 1.70±0.22 |
| HIIIE後 | 10.63±1.67 | 8.85±1.19 | 6.97±2.67#$ | 4.81±0.75#$& |
数值为平均值±标准偏差。#P＜0.05，与介入后的Con组的HIIE后的比较。$P＜0.05，与介入后的CH组的HIIE后的比较。&P＜0.05，与介入后的HIIE组的HIIE后的比较。
图1.小球藻摄取合用HIIE训练对HIIE最多可持续套数的影响
数值为平均值±标准偏差。#P＜0.05，与Con组的比较。$P＜0.05，与CH组的比较。&P＜0.05，与HIIE组的比较。
A
B
C
D
图2. 小球藻摄取合用HIIE训练对腓肠肌（红肌RG和白肌WG）的PFK及LDH酶活性的影响
RG：红肌；WR：白肌。数值为平均值±标准偏差。#P＜0.0125，与Con组的比较。$P＜0.0125，与CH组的比较。&P＜0.0125，与HIIE组的比较。
图3. 小球藻摄取合用HIIE训练对腓肠肌（红肌RG和白肌WG）的PGC-1α表达量的影响
RG：红肌；WR：白肌。数值为平均值±标准偏差。#P＜0.0125，与Con组的比较。$P＜0.0125，与CH组的比较。&P＜0.0125，与HIIE组的比较。
A
B
C
D
图4. 小球藻摄取合用HIIE训练对腓肠肌（红肌RG和白肌WG）的CS及COX酶活性的影响
数值为平均值±标准偏差。#P＜0.0125，与Con组的比较。$P＜0.0125，与CH组的比较。&P＜0.0125，与HIIE组的比较。
A
B
C
D
图5. 小球藻摄取合用HIIE训练对腓肠肌（红肌RG和白肌WG）的MCT1及MCT4表达量的影响
数值为平均值±标准偏差。#P＜0.0125，与Con组的比较。$P＜0.0125，与CH组的比较。&P＜0.0125，与HIIE组的比较。
【讨论】
通过HIIE训练与小球藻摄取合用，红肌的LDH、PFK、CS及COX的活性、以及白肌的PFK活性均呈现几何式增加。同时，红肌的MCT1、MCT4及PGC-1α蛋白质的表达量、以及白肌的MCT4及PGC-1α的表达量也呈现几何式增加。因此我们推测：通过骨骼肌的糖酵解和氧化代谢途径实现的ATP供应能力亢进，结果使有氧运动和无氧运动能力得以提高。
本试验的结果表明，通过HIIE训练与小球藻摄取合用，可以提高有氧运动和无氧运动能力，促进肌肉的糖酵解和氧化代谢，并特别促进了乳酸的代谢。
【术语说明】
单羧酸转运蛋白1（MCT1）
乳酸的转运蛋白。主要分布在骨骼肌的红肌（慢肌）中，与促进乳酸进入细胞内、在线粒体中氧化、使用有关。
单羧酸转运蛋白4（MCT4）
乳酸的转运蛋白。主要分布在骨骼肌的白肌（快肌）中，促进乳酸从细胞内向细胞外转运。
磷酸果糖激酶（PFK）
合成乙酰CoA的糖酵解的主要酶。通过糖酵解供应能量时，会无氧合成能量物质（ATP）。是无氧能量供应能力的指标。
乳酸脱氢酶（LDH）
在糖酵解的最后阶段发挥作用的酶，利用乳酸合成丙酮酸。
PPARγ辅激活因子1α（PGC-1α）
通过运动增加在骨骼肌中的表达量，促进线粒体的生物合成。
柠檬酸合酶（CS）
是对柠檬酸循环（使用氧的呼吸代谢途径之一）的速度进行调节的、与线粒体的能量生成有关的酶之一。如果该酶的活性低，则能量物质（ATP）生成量也会降低。
环氧化酶（COX）
使用氧的呼吸代谢的电子传递物质，是合成能量物质（ATP）的酶之一。是有氧能量供应能力的指标。
引用1. Tabata I, Irisawa K, Kouzai M, et al. Metabolic profile of high-intensity intermittent exercise. Med Sci Sports Exerc. 1997, 29: 390-395.
引用2. Tabata I, Nishimura K, Kouzai M, et al. Effects of moderate-intensity endurance and high-intensity intermittent training on anaerobic capacity and VO2max. Med Sci Sports Exerc 1996, 28: 1327-1330.