运动自由基研究进展论文

自由基的产生及其性质作者：佚名 转贴自：本站原创 点击数：1330 随着生命科学和医学的迅猛发展，对许多基本生命现象或疾病机理的探讨都已深入到分子水平和细胞水平。在国外，自由基医学和生物学已成为一个非常活跃的研究领域，研究发现生物体的一些生理、病理过程均与自由基反应有关，如体内某些正常的物质代谢过程中，有自由基中间产物的形成；在白细胞吞噬和杀灭微生物时，有自由基的形成和发挥作用；在衰老、中毒和恶性肿瘤的发生发展及治疗过程中，自由基也起着相当重要的作用。那么，成为当今研究热点并对人体健康有着重要作用的自由基到底是什么呢？它又是怎样产生的呢？ 1 什么是自由基对自由基的研究已有较长的历史，但关于自由基的概念和定义在不同时期却有所不同。自由基的概念最早是在18世纪末化学家在研究化学反应时提出来的，那时猜测自由基是一些不稳定的基团；最早Gomberg于1900年在用氯化三苯甲基制备六苯乙烷时首先分离出稳定的自由基(三苯甲基自由基)，才在世界上最早肯定了自由基的客观存在。随着实验数据的积累及电子自旋共振(ESR)仪的发明，自由基的概念也在不断扩展和完善。众所周知，世界上的物质(包括人体)都是由分子组成的，分子是由原子构成，原子又是由原子核和核外电子组成，整个的原子是中性的，这一理论在物理学界早已被证实。两个原子组成分子时各出一个电子，成为共价键，如果共价键中配对的电子因故缺一个或增加一个，原来完整的分子就成了残缺不全的碎片，这?quot;碎片化学上称为自由基(Free Radical)。现在较为一致的定义是：任何包含一个未成对电子的原子、原子团、分子或离子均称之为自由基。一般将一个小圆点标在自由基的结构或分子上，以表示未成对的电子，如羟基自由基表示为·OH。 2 自由基的性质从化学反应的角度来看，自由基具有三个显著特点，即反应性强、具有顺磁性和寿命短。在所有分子成键过程中，电子都是倾向配对的，自由基中的未成对电子也有配对的倾向，因此大多数自由基都很活泼，反应性极强，容易反应生成稳定分子，这一重要性质导致自由基极易进攻细胞、蛋白质、酶和核酸等，这也正是自由基容易造成机体损害的直接原因。自由基的未成对电子具有顺磁性的自旋磁矩，这一特性为研究自由基的 ESR技术提供了理论依据。多数自由基反应性很强，寿命很短，如羟基自由基的寿命只有10-6秒；但也有少数自由基反应性不强，寿命较长，并相当稳定，如多环芳烃自由基和醌类自由基以及自由基自旋标记物(吡啶类自旋标记物、吡咯啉类标记物)等。 3 自由基的产生自由基是人体生命活动中多种生化反应的中间代谢产物，体内的自由基既可以是内源性的，也可以是外源性的，外界诸多理化因素(如电离辐射、大气污染、吸烟等)都会使生物体内产生外源性自由基；另一方面，生物体内尚有许多非酶反应和酶促反应(如吞噬细胞系统、线粒体和微粒体电子传导系统、脂质过氧化过程等)都会产生内源性自由基。机体在代谢过程中(如酶的催化、电子传递、细胞成分的自动氧化等)或受高能辐射和光分解等作用，都会刺激产生一些自由基，此外，空气中的氧化性污染物(如O3、NO2和NO等)也能在体内起动自由基反应。因此，导致人体内自由基增多的原因很多，目前已知道的有太阳紫外线、宇宙射线即各种放射性物质辐射、体内代谢紊乱、创伤、感染、吸烟、缺血和炎症反应等。(参考文献4，P17)具体来讲，体内自由基主要有以下来源： (1) 巨噬细胞的吞噬作用 当细菌、病毒等异物侵入人体时，若身体不作出任何反应，这些异物会在体内迅速繁殖，导致身体患病；庆幸的是，人体遭到异物袭击时会动员其防御系统(主要是白细胞和巨噬细胞，以下称之为食细胞)将异物吞噬掉。这些细胞在不断吞噬异物的过程中，其细胞膜要制造自由基，进入细胞内，溶解被吞噬的异物；当食细胞反复吞噬异物时，自由基不只流入细胞中，也会流出细胞外，自由基不但能溶解细菌、病毒等异物，也会攻击血管内壁及内脏，引起各种疾病。 (2) 紫外线 紫外线照射到地球上的物体时，会产生氧化性极强的活性氧1O2, 它能杀死细菌、病毒。日常生活中，到了夏天人们习惯把冬天的棉被和衣服拿出来晾晒就是利用紫外线产生的活性氧来杀灭病菌的；假设太阳持续2~3周不照射地球，地球上的病菌将会肆虐繁殖，严重危及人类生命健康。 (3) 放射线 众所周知，原子弹爆发或核泄露后产生的放射线会导致草木和动植物的灭绝，有些疾病甚至会殃及后代，其原因就是放射线产生的活性氧OH·能引起细胞障碍。细胞最重要的部位是细胞核，细胞核中最重要的是遗传物质- DNA，活性氧自由基正是损伤DNA的元凶。临床上用放射线治疗癌症和检查疾病，也是利用这一原理。用放射线照射癌细胞时，癌细胞会死亡，但正常细胞也会被杀死，而且癌细胞的生命力比正常细胞强几十倍，因为癌细胞难被杀死而继续放疗或加大剂量的治疗方法经常导致患者身体虚弱，易疲倦，重要的血细胞(如血小板和巨噬细胞)数量锐减，因此放疗也要有所限制。另外用于检查的放射线(如X光)，也会对人体造成伤害，东京大学理学部的SOD研究权威加藤邦彦先生研究证明，患者照一次胸部X光，其寿命约缩短1.5天；但胃透视将要照射大量的放射线，一次胃透视约缩短1.5年的寿命，因此有胃病时，可先检查大便，大便潜血反应(胃炎、胃溃疡、胃癌、息肉等恶化之后伤害胃壁而导致出血使大便带血)呈阳性时，可先做胃镜检查，因为胃透视即使发现问题还要通过照胃镜作详细检查，了解这些常识有助于日常生活中保护自己尽量减少自由基的伤害。 (4) 化学物质 农药(除草剂、杀虫剂)、医药品(主要是抗癌药)、加工食品、合成洗衣粉等化学物质进入人体后在体内会产生大量活性氧而破坏DNA。自杀或他杀的人服用农药后，药剂很快到达肺部，破坏肺细胞核的 DNA，使肺失去呼吸能力，服用25毫升以上时造成的损害将抵御医院所有的治疗和急救而死亡。另外，少量农药被使用者吸入鼻中或作物上残留的部分被食用者摄入体内渐渐积累后，也会引起畸形和癌症等多种疾病。 (5) 压力 压力会使血液循环不良，呈现缺氧状态，刺激自由基的发生；而当血液循环恢复畅通时，也会产生自由基，因此，一旦血液循环不良，就会有第二次产生自由基的可能。 (6) 吸烟 吸烟是一个很复杂的燃烧过程，一支燃烧的香烟就是一个微型化工厂，可产生几千种物质，其中包括在吸烟的气相和焦油中存在的大量自由基。因此，吸烟者肺内的氧化剂，一是来源于纸烟烟雾中的自由基，而是来源于这些自由基刺激肺泡巨噬细胞、中性粒细胞产生过多的氧自由基，这些自由基可与生物膜中的多价不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，产生大量过氧化脂质，从而损害了生物膜的正常结构和功能，对组织细胞有较大的破坏作用，最终引起多种疾病。(7) 脂质过氧化 一般将不饱和脂肪酸的氧化变质称为脂质过氧化，脂肪、油类和奶油的贮存，涂料、油漆、塑料和橡胶的制造和使用中都存在脂质过氧化问题，脂质过氧化过程是一个产生自由基和自由基参与的链式反应。4 自由基对生物体的作用 在正常情况下，人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡中的，即人体的一些生命活动需要自由基，但自由基过多或清除过慢，也会对生物体产生一系列损害，加速机体的衰老过程并诱发各种疾病，因此自由基对人体具?quot;善恶两方面的双重作用。譬如在吞噬病菌等异物时，自由基的重要性就在于它能不断溶解侵入人体的细菌、病毒，虽然食细胞能吞噬异物，若没有自由基的溶解作用，吞噬作用无法持续进行，细菌和病毒就会在人体内发威，甚至可能导致死亡，这种棘手的疾病叫慢性肉芽肿症(Chronic Granulomatous Disease, CGD)，但这种由于自由基缺乏而导致的病仅占所有疾病的百分之零点几；疾病的80%~90%却是由于过量活性氧自由基流出细胞外而对人体造成伤害，这类疾病统称为氧气障碍。因此，我们必须认识到，人体需要自由基，但自由基过量对人体有害。综上述，无氧相对容易产生

随着生命科学和医学的迅猛发展，对许多基本生命现象或疾病机理的探讨都已深入到分子水平和细胞水平。在国外，自由基医学和生物学已成为一个非常活跃的研究领域，研究发现生物体的一些生理、病理过程均与自由基反应有关，如体内某些正常的物质代谢过程中，有自由基中间产物的形成；在白细胞吞噬和杀灭微生物时，有自由基的形成和发挥作用；在衰老、中毒和恶性肿瘤的发生发展及治疗过程中，自由基也起着相当重要的作用。那么，成为当今研究热点并对人体健康有着重要作用的自由基到底是什么呢？它又是怎样产生的呢？ 1 什么是自由基 对自由基的研究已有较长的历史，但关于自由基的概念和定义在不同时期却有所不同。自由基的概念最早是在18世纪末化学家在研究化学反应时提出来的，那时猜测自由基是一些不稳定的基团；最早Gomberg于1900年在用氯化三苯甲基制备六苯乙烷时首先分离出稳定的自由基(三苯甲基自由基)，才在世界上最早肯定了自由基的客观存在。随着实验数据的积累及电子自旋共振(ESR)仪的发明，自由基的概念也在不断扩展和完善。 众所周知，世界上的物质(包括人体)都是由分子组成的，分子是由原子构成，原子又是由原子核和核外电子组成，整个的原子是中性的，这一理论在物理学界早已被证实。两个原子组成分子时各出一个电子，成为共价键，如果共价键中配对的电子因故缺一个或增加一个，原来完整的分子就成了残缺不全的碎片，这?quot;碎片化学上称为自由基(Free Radical)。现在较为一致的定义是：任何包含一个未成对电子的原子、原子团、分子或离子均称之为自由基。一般将一个小圆点标在自由基的结构或分子上，以表示未成对的电子，如羟基自由基表示为·OH。 2 自由基的性质 从化学反应的角度来看，自由基具有三个显著特点，即反应性强、具有顺磁性和寿命短。在所有分子成键过程中，电子都是倾向配对的，自由基中的未成对电子也有配对的倾向，因此大多数自由基都很活泼，反应性极强，容易反应生成稳定分子，这一重要性质导致自由基极易进攻细胞、蛋白质、酶和核酸等，这也正是自由基容易造成机体损害的直接原因。自由基的未成对电子具有顺磁性的自旋磁矩，这一特性为研究自由基的 ESR技术提供了理论依据。多数自由基反应性很强，寿命很短，如羟基自由基的寿命只有10-6秒；但也有少数自由基反应性不强，寿命较长，并相当稳定，如多环芳烃自由基和醌类自由基以及自由基自旋标记物(吡啶类自旋标记物、吡咯啉类标记物)等。 3 自由基的产生 自由基是人体生命活动中多种生化反应的中间代谢产物，体内的自由基既可以是内源性的，也可以是外源性的，外界诸多理化因素(如电离辐射、大气污染、吸烟等)都会使生物体内产生外源性自由基；另一方面，生物体内尚有许多非酶反应和酶促反应(如吞噬细胞系统、线粒体和微粒体电子传导系统、脂质过氧化过程等)都会产生内源性自由基。机体在代谢过程中(如酶的催化、电子传递、细胞成分的自动氧化等)或受高能辐射和光分解等作用，都会刺激产生一些自由基，此外，空气中的氧化性污染物(如O3、NO2和NO等)也能在体内起动自由基反应。因此，导致人体内自由基增多的原因很多，目前已知道的有太阳紫外线、宇宙射线即各种放射性物质辐射、体内代谢紊乱、创伤、感染、吸烟、缺血和炎症反应等。(参考文献4，P17)具体来讲，体内自由基主要有以下来源： (1) 巨噬细胞的吞噬作用 当细菌、病毒等异物侵入人体时，若身体不作出任何反应，这些异物会在体内迅速繁殖，导致身体患病；庆幸的是，人体遭到异物袭击时会动员其防御系统(主要是白细胞和巨噬细胞，以下称之为食细胞)将异物吞噬掉。这些细胞在不断吞噬异物的过程中，其细胞膜要制造自由基，进入细胞内，溶解被吞噬的异物；当食细胞反复吞噬异物时，自由基不只流入细胞中，也会流出细胞外，自由基不但能溶解细菌、病毒等异物，也会攻击血管内壁及内脏，引起各种疾病。 (2) 紫外线 紫外线照射到地球上的物体时，会产生氧化性极强的活性氧1O2, 它能杀死细菌、病毒。日常生活中，到了夏天人们习惯把冬天的棉被和衣服拿出来晾晒就是利用紫外线产生的活性氧来杀灭病菌的；假设太阳持续2~3周不照射地球，地球上的病菌将会肆虐繁殖，严重危及人类生命健康。 (3) 放射线 众所周知，原子弹爆发或核泄露后产生的放射线会导致草木和动植物的灭绝，有些疾病甚至会殃及后代，其原因就是放射线产生的活性氧OH·能引起细胞障碍。细胞最重要的部位是细胞核，细胞核中最重要的是遗传物质- DNA，活性氧自由基正是损伤DNA的元凶。临床上用放射线治疗癌症和检查疾病，也是利用这一原理。用放射线照射癌细胞时，癌细胞会死亡，但正常细胞也会被杀死，而且癌细胞的生命力比正常细胞强几十倍，因为癌细胞难被杀死而继续放疗或加大剂量的治疗方法经常导致患者身体虚弱，易疲倦，重要的血细胞(如血小板和巨噬细胞)数量锐减，因此放疗也要有所限制。另外用于检查的放射线(如X光)，也会对人体造成伤害，东京大学理学部的SOD研究权威加藤邦彦先生研究证明，患者照一次胸部X光，其寿命约缩短1.5天；但胃透视将要照射大量的放射线，一次胃透视约缩短1.5年的寿命，因此有胃病时，可先检查大便，大便潜血反应(胃炎、胃溃疡、胃癌、息肉等恶化之后伤害胃壁而导致出血使大便带血)呈阳性时，可先做胃镜检查，因为胃透视即使发现问题还要通过照胃镜作详细检查，了解这些常识有助于日常生活中保护自己尽量减少自由基的伤害。 (4) 化学物质 农药(除草剂、杀虫剂)、医药品(主要是抗癌药)、加工食品、合成洗衣粉等化学物质进入人体后在体内会产生大量活性氧而破坏DNA。自杀或他杀的人服用农药后，药剂很快到达肺部，破坏肺细胞核的 DNA，使肺失去呼吸能力，服用25毫升以上时造成的损害将抵御医院所有的治疗和急救而死亡。另外，少量农药被使用者吸入鼻中或作物上残留的部分被食用者摄入体内渐渐积累后，也会引起畸形和癌症等多种疾病。 (5) 压力 压力会使血液循环不良，呈现缺氧状态，刺激自由基的发生；而当血液循环恢复畅通时，也会产生自由基，因此，一旦血液循环不良，就会有第二次产生自由基的可能。 (6) 吸烟 吸烟是一个很复杂的燃烧过程，一支燃烧的香烟就是一个微型化工厂，可产生几千种物质，其中包括在吸烟的气相和焦油中存在的大量自由基。因此，吸烟者肺内的氧化剂，一是来源于纸烟烟雾中的自由基，而是来源于这些自由基刺激肺泡巨噬细胞、中性粒细胞产生过多的氧自由基，这些自由基可与生物膜中的多价不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，产生大量过氧化脂质，从而损害了生物膜的正常结构和功能，对组织细胞有较大的破坏作用，最终引起多种疾病。 (7) 脂质过氧化 一般将不饱和脂肪酸的氧化变质称为脂质过氧化，脂肪、油类和奶油的贮存，涂料、油漆、塑料和橡胶的制造和使用中都存在脂质过氧化问题，脂质过氧化过程是一个产生自由基和自由基参与的链式反应。 4 自由基对生物体的作用 在正常情况下，人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡中的，即人体的一些生命活动需要自由基，但自由基过多或清除过慢，也会对生物体产生一系列损害，加速机体的衰老过程并诱发各种疾病，因此自由基对人体具?quot;善恶两方面的双重作用。譬如在吞噬病菌等异物时，自由基的重要性就在于它能不断溶解侵入人体的细菌、病毒，虽然食细胞能吞噬异物，若没有自由基的溶解作用，吞噬作用无法持续进行，细菌和病毒就会在人体内发威，甚至可能导致死亡，这种棘手的疾病叫慢性肉芽肿症(Chronic Granulomatous Disease, CGD)，但这种由于自由基缺乏而导致的病仅占所有疾病的百分之零点几；疾病的80%~90%却是由于过量活性氧自由基流出细胞外而对人体造成伤害，这类疾病统称为氧气障碍。因此，我们必须认识到，人体需要自由基，但自由基过量对人体有害。

运动可导致体内自由基生成增多，而且自由基与肌肉的疲劳损伤有关。运动训练可引起SOD活性的变化。人体运动后不可避免地会出现疲劳，机体中大量自由基生成，并导致细胞膜脂质过氧化损伤是疲劳发生的重要机理之一。要想通过运动到达健身的目的，就必须设法减少体内过多的自由基生成或增加机体清除自由基的能力，否则你的健身运动将实得其反，造成对身体的伤害。